Comment gérer l’interopérabilité dans l’environnement industriel

Architectures industrielles types

Une architecture type d'un système d'automatisation industrielle de grande taille se compose de trois couches : une couche de capteurs et de dispositifs simples (par ex. démarreurs de moteur ou relais électroniques de surcharge), une couche de commande avec des API, des panneaux opérateur ou des variateurs de moteur intelligents, et une couche de systèmes d'information.

Chaque couche a des exigences différentes en termes de volume de données échangées, de vitesse et de déterminisme. L'approche précédente répondait à ces diverses exigences par des réseaux spécialisés, en particulier dans le cas des deux couches inférieures.

De plus, chaque grand fournisseur de technologies recommandait une méthode d'intégration, selon la préférence du fournisseur. En conséquence, nous pouvons rencontrer de nombreux réseaux de données et protocoles différents dans les applications industrielles existantes. L'interopérabilité et l'évolutivité des systèmes ainsi conçus et mis en œuvre sont, et le seront pendant longtemps, un cauchemar pour tous les intégrateurs système et propriétaires de ces solutions.

La situation était insoutenable même avant l'émergence de l'Industrie 4.0 et de l'IIoT. Comment gérer ce problème ?

Idéalement, nous voulions avoir une solution similaire à celle qui existe depuis des années pour les systèmes d'information et de bureau : Ethernet. Ethernet lui-même a été considéré comme une norme (en fait, une famille de normes, comme spécifié ci-dessous), qui n'est pas adaptée à l'environnement industriel en raison de ses caractéristiques (non déterministe par définition, ne prenant pas en charge la messagerie en donnée temps réel, assez coûteux, etc.) pendant longtemps.

Cependant, des facteurs tels que l'introduction de nouvelles technologies (en particulier, les commutateurs intelligents), les changements de topologie de réseau (de topologies en arbre à en étoile), une communication en Duplex intégral, des vitesses de transmission plus élevées et une réduction générale du prix de la technologie Ethernet au fil du temps ont fait d'Ethernet une solution intéressante à utiliser également pour la communication dans les deux couches inférieures d'un système d'automatisation industrielle.

Ethernet, Ethernet non modifié, EtherNet/IP et interopérabilité dans l'environnement industriel

Avant de parler de l'utilisation d'Ethernet dans les applications industrielles, il convient d'expliquer ce qu'est Ethernet.

Au sens strict, Ethernet est défini par la norme IEEE 802.3 et représente une implémentation des deux couches inférieures (couches physique et liaison de données) du modèle OSI (Open Systems Interconnection). En pratique industrielle, les liaisons à paires torsadées métalliques ou à fibre optique sont principalement utilisées comme support physique.

Ethernet, dans son sens le plus large, est souvent compris comme une technologie qui permet la connexion à Internet, y compris tous les protocoles des couches réseau et transport, en particulier les protocoles IP, TCP et UDP. 

Les raisons pour lesquelles Ethernet est de plus en plus pris en compte dans l'environnement industriel ont déjà été indiquées ci-dessus. Cependant, les principales lacunes d'Ethernet pour l'utilisation en automatisation industrielle, à savoir l'absence de prise en charge de la transmission de donnée temps réel et la non-déterminisme, n'ont pas été entièrement résolues.

Trois solutions

Par conséquent, des solutions ont été recherchées pour répondre à ces besoins des applications industrielles. En général, nous avons aujourd'hui trois solutions de ce type. En raison de l'espace limité, nous ne pouvons pas entrer dans les détails, mais nous pouvons commencer par dire qu'une seule solution, appelée « Ethernet non modifié » dans la littérature, est utilisée sans aucune modification de la norme Ethernet et des protocoles TCP/IP et UDP de couche supérieure.

Les deux autres solutions nécessitent des modifications et des extensions des protocoles standard, voire du matériel.

Seules les normes d'échange de données dans l'environnement industriel, basées sur Ethernet non modifié, ne nécessitent aucun changement d'infrastructure (c'est-à-dire des commutateurs, des routeurs, etc. spéciaux), peuvent simplement coexister avec d'autres protocoles existants et, surtout, en termes d'IIoT, permettent une intégration et une interopérabilité transparentes.

Une des rares normes entièrement basées sur les principes d'Ethernet non modifié est EtherNet/IPTM. EtherNet/IPTM est une norme ouverte gérée par l'ODVA.

Nous sommes un membre fondateur de cette association et bénéficions d'EtherNet/IPTM sur le long terme. Cette technologie est également une pierre angulaire de notre solution de numérisation complète de l'automatisation industrielle appelée The Connected Enterprise®, qui, grâce aux avantages d'EtherNet/IPTM, est une solution IIoT idéale.