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Bus de terrains et réseaux industriels : les tendances et l'évolution

Architectures d'automatismes industriels : évolutions et grandes tendances

Ces vingt dernières années, les architectures d’automatismes ont très fortement évolué. Ce phénomène s’amplifie avec l’arrivée des nouvelles technologies de l’information et de la communication (NTIC).Ces changements successifs sont dus, d’une part, à l’évolution des besoins des utilisateurs, et d’autre part au développement des technologies. Par utilisateurs, il faut entendre tous les intervenants : architectes réseaux, intégrateurs, metteurs en œuvre, exploitants, équipes de maintenance, etc.

La décentralisation des entrées/sorties et de la périphérie d’automatisme

A la demande des utilisateurs finaux, notamment pour faire baisser les coûts de câblage, il a été nécessaire de prendre en compte la topologie des automatismes.Sur des sites plus étendus, il est souvent nécessaire de gérer un nombre de points diffus importants et de prendre en compte les fonctions métier réparties ( variation de vitesse, dialogue homme/machine, pesage...).

La réponse des constructeurs de produits d’automatismes est arrivée avec les réseaux et bus de terrain. Ceux-ci ont permis de gérer dans un premier temps des E/S décentralisées puis la périphérie d’automatisme. Ces réseaux de terrain contribuent à réaliser des gains de câblage importants, mais surtout ils permettent de rendre accessibles des services (diagnostic,
programmation…) sur tout le site.

Le rôle de l’informatique dans les automatismes

Le besoin d’assurer une communication entre les mondes de l’informatique et de l'automatisme est devenu indispensable du fait de la nécessité d’augmenter la productivité (fiabilité, pérennité...) des usines de fabrication. Les réseaux locaux industriels d’automatismes propriétaires ont rapidement bénéficié des grands standards développés sur les architectures informatiques.

La communication entre ces deux mondes a d’abord été assurée par des liaisons série (RS), puis par des produits issus de partenariats entre les constructeurs d’automates programmables et les grands de l’informatique tels que IBM, HP, DEC. Ces derniers ont proposé, dans leur catalogue, une offre de coupleurs RLI comme Ethway ou Uni-Telway. Avec la standardisation progressive d’Ethernet dans les deux mondes et une tentative de standardisation d’un protocole MMS (Manufacturing Message Specification) comportant des services communs aux deux mondes, la frontière entre ces deux mondes devait tomber !

Quelques applications basées sur "cet espéranto automatisme/informatique" ont été réalisées, mais très vite, ce standard MMS n’a plus été utilisé de par sa complexité

Le CIM crée une segmentation des réseaux et bus

Les mécanismes d'échange sur les architectures d'automatismes traditionnelles n'ont pas évolué depuis la prise en compte des besoins de communication. En effet, tous les principes d'échanges sont construits autour du transfert vertical de l'information (vers les niveaux n+1) de manière irrationnelle, l'objectif étant de pouvoir disposer de cette information a priori. Or, le constat qui peut être fait est que l'information est souvent redondante donc peu légitime. Ce trop d'informations est la raison principale à la course à la performance sur les réseaux qui sont devenus en quelques années les goulets d'étranglement des architectures d'automatismes.

Le modèle CIM (Computer Integrated Manufacturing), qui se voulait être la réponse à cette quête de performance, n'a réussi qu'à créer une segmentation verticale des réseaux et des bus. Le CIM décrit les différents niveaux de communication sous une forme quantitative des données à véhiculer. Le niveau 0, niveau capteur/actionneur, nécessite un transfert performant (quelques millisecondes) mais concernant peu d'informations (données binaires), alors que le niveau 4 nécessite quant à lui de véhiculer de gros paquets de données, des fichiers et la performance n'est plus forcément un critère prédominant. Le CIM ne résout donc pas la problématique de la gestion de l'augmentation du trafic sur les médiums. Les offreurs de communication adaptent les performances de leurs réseaux en fonction des niveaux du CIM sur lesquels ceux-ci seront positionnés. 

De ce fait, la quasi-totalité des réseaux d'automatismes sont dits propriétaires et répondent essentiellement en la mise en conformité d'une approche produit et non pas exactement de la problématique utilisateur qui est son besoin.Le CIM a contribué à la segmentation de l’automatisme en niveaux : capteur/actionneur (niveau 0), automatisme (niveau 1), supervision (niveau 2), informatique (niveaux 3 et 4) en associant le couple volume/performance.

Les constructeurs d’automates programmables ont créé des réseaux et des bus adaptés au besoin.Ainsi à chaque niveau, correspond un bus ou un réseau :

• les "sensor bus", bus capteurs et actionneurs unitaires simples,
• les "device bus", bus et réseaux pour la périphérie d’automatisme : variateurs, robots, axes…
• les "field bus", réseaux de communication entre unités de traitement : automates programmables,superviseurs, commandes numériques…
• les réseaux locaux industriels, pour l'établissement de la communication entre l’automatisme et le monde informatique.


Evolution de la communication,les grandes tendances

Avec l’adoption progressive de standards communspar les deux mondes, la frontière entre automatisme et informatique tombe. La communication entre ces deux mondes converge grâce à l’adoption de protocoles standard mondiaux Ethernet et TCP/IP,mais aussi grâce à la prise en compte de mécanismes normés tels qu'OPC. Ces nouvelles technologies, associées aux Extranet, Intranet et Internet, autorisent un accès aux données de l’automatisme en temps réel, en tout lieu, à toute personne autorisée. Cette convergence est renforcée par l’arrivée de nombreux constituants d’automatismes basés sur cette technologie. Le concept "Transparent Factory" de Schneider Electric s’appuie sur toutes ces nouvelles technologies de l’information et de la communication (NTIC).


Les équipements de mise en oeuvre de l'ethernet industriel

- Gateway
Unité fonctionnelle qui permet l’interconnexion de deux réseaux d’architecture différente.

- Routeur
Il crée une segmentation logique de réseaux.Il assure le passage de l’information entre deux sous-réseaux logiques distincts en choisissant le meilleur chemin. C’est la couche réseau qui assure ce routage. Il n’est pas transparent,il faut donc l’adresser pour le traverser.

- Switch
Il transmet les données reçues sur un port,seulement vers le port sur lequel la station destinatrice est connectée. Il assure la prolongation du support au delà des limites en distance du standard (segment) en réalisant une remise en forme des signaux.Il supprime les collisions et les paquets non valides et réduit la charge moyenne sur le réseau entier.Synonyme : Bridge.


- Hub
Les données reçues sur un port sont envoyées à tous les autres ports.Le hub ne possède pas de mémoire interne et diffuse les collisions ; plus il y a d'équipements,plus il y a de collisions et plus la charge est importante.Pour de plus longues distances, utiliser des switches.


Source

bus de terrain réseaux industriels

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