Aujourd'hui, pour les réseaux de communication internes des entreprises, les réseaux génériques conformes aux normes IEC 11801/24702 ne sont plus la seule option. En environnement de production, les réseaux dédiés conformes à la norme IEC 61918 sont également essentiels au sein des îlots d'automatisation. Pour les solutions Ethernet, les stratégies varient, allant de l'utilisation de câblage de communication standard en milieu industriel à l'emploi de composants spécialisés et au choix de topologies appropriées. Les bus de terrain les plus courants sont principalement basés sur RS-485 ou CAN et utilisent systématiquement des composants spécialisés.
Les organismes de gestion des bus de terrain ont leurs propres définitions.
Les communications industrielles sont fréquemment soumises à des conditions d'utilisation difficiles. Outre les propriétés liées à la transmission, les conditions environnementales doivent également être prises en compte lors du choix des composants. Celles-ci peuvent être décrites de manière systématique à l'aide du modèle MICE, conformément à la norme CEI TR 29106, pour les variations de tension dues aux effets mécaniques, aux corps étrangers, aux conditions météorologiques et aux interférences électromagnétiques, ainsi que pour les niveaux de sévérité 1, 2 et 3 correspondant respectivement aux environnements de bureau, d'éclairage et industriels.
Par ailleurs, les organismes de gestion de bus de terrain ont souvent leurs propres définitions, notamment pour l'intérieur et l'extérieur de l'armoire électrique. De plus, l'utilisation de câbles blindés et d'un système de mise à la terre et d'égalisation de potentiel a un impact significatif sur la fiabilité du réseau. C'est pourquoi de nombreux organismes respectent leurs recommandations concernant les composants éprouvés et les techniques de câblage appropriées. Si un système de mise à la terre adéquat n'est pas disponible ou si les effets CEM génèrent des tensions d'interférence inacceptables, il convient d'opter pour des connexions optiques.
La technologie de connexion rapide est un atout.
Lors de la transmission de données électriques, les bus de terrain câblés en parallèle sont conçus physiquement de sorte qu'une fois un signal injecté dans le bus, il soit disponible en tout point du trajet de transmission. Par conséquent, chaque participant peut récupérer le signal à n'importe quel endroit grâce à une configuration de circuit passif parallèle dans son récepteur. Il en va de même pour le signal lu par un appareil sur le bus. Dans ce cas, le protocole logiciel garantit qu'un seul émetteur est actif à la fois. Le câble doit être terminé à chaque extrémité par une résistance de terminaison afin d'éviter les retours de courant. De plus, les lignes de dérivation doivent être aussi courtes que possible.
Cette configuration physique impose une topologie linéaire. Lors de la phase de planification, les résistances de terminaison doivent être prises en compte ; elles sont soit intégrées aux appareils, soit fournies comme composant externe.
Le fait que tous les appareils soient connectés en parallèle nécessite l'utilisation de connecteurs sur l'appareil pour le raccordement local des câbles d'entrée et de sortie (Figure 1).
Les connecteurs enfichables, conçus de manière optimale pour le bus de terrain spécifique et dotés d'un système de connexion rapide, offrent des avantages indéniables à cet égard.
L'assemblage sur site est obligatoire.
Souvent, les résistances terminales sont intégrées au connecteur et peuvent être activées (connectées), ce qui déconnecte le câble de sortie. Par conséquent, lorsqu'une installation ou un système doit être modifié, il suffit d'actionner un interrupteur
; aucune modification complexe de l'installation n'est requise. Le bus peut être connecté et déconnecté étape par étape, ce qui est essentiel lors de la mise en service et du dépannage. Des câbles pré-assemblés, particulièrement faciles à manipuler, peuvent être utilisés si l'équipement est doté d'un connecteur en T ; les câbles d'entrée et de sortie peuvent être insérés dans ce connecteur, éliminant ainsi tout assemblage local. Cette configuration est très courante pour le câblage M12.
En revanche, les systèmes Ethernet conformes à la norme IEEE 802.3 transmettent des données électriques via une connexion point à point d'une longueur totale maximale de 100 m. Des systèmes de connexion mâle-femelle sont utilisés, très similaires à ceux employés dans le câblage structuré des bâtiments. Des traversées de cloison avec deux connecteurs femelles peuvent également être utilisées. Il existe ici une différence significative entre la technologie d'automatisation industrielle et le câblage de communication dans les environnements de bureau. Dans les bureaux, les câbles préfabriqués sont quasiment les seuls utilisés. En revanche, dans le domaine de l'automatisation, le câblage assemblé sur place est indispensable.
Les prises montées sur panneau sont généralement proscrites ; les câbles relient directement les appareils. Par conséquent, les connecteurs RJ45 doivent être installés directement sur site. Les connecteurs RJ45 standard nécessitent des conducteurs AWG26 et une pince à sertir. C'est pourquoi les câbles dont la section des conducteurs ne dépasse pas AWG22, généralement utilisés en milieu industriel, sont inadaptés.
De ce fait, les connecteurs enfichables à connexion rapide, permettant un assemblage sans outil, sont particulièrement avantageux pour les applications industrielles (Figure 2).
Conçus pour résister aux contraintes mécaniques,
tous les systèmes standard permettent également l'utilisation de câbles à fibres optiques comme support de transmission. Contrairement aux environnements de bureau, où la fibre de verre est prédominante, les applications industrielles utilisent différents types de fibres en fonction de la longueur de la liaison de données. Pour la fibre de verre monomode, le diamètre du cœur transmettant la lumière est de 9 µm, pour la fibre multimode de 50 µm, pour la fibre à cristaux photoniques (PCF) de 230 µm et pour la fibre optique polymère (POF) de 980 µm. Par conséquent, les exigences de précision et les coûts d'installation jouent un rôle crucial dans le choix du connecteur enfichable approprié. De plus
, la liaison de données requise doit être mise en œuvre à l'aide de la technologie la plus simple possible pour l'installation. Les pertes dues à l'atténuation du connecteur doivent être prises en compte en plus de l'atténuation propre à la fibre.
La résistance aux contraintes mécaniques est également importante, car elle est plus fréquemment requise dans les environnements industriels que dans les bureaux. Les chocs, les vibrations et les différences de température provoquent des contraintes axiales ou radiales sur l'axe optique. Il en résulte une augmentation inacceptable de l'atténuation au niveau de la connexion enfichable (Figure 3), ce qui, à son tour, réduit l'intensité optique transmise. La transmission des données est interrompue lorsque la marge de perte d'atténuation de la liaison de données est dépassée.
Les connecteurs enfichables SCRJ doivent être compatibles.
C'est pourquoi les connecteurs utilisés en milieu de bureau ne conviennent pas aux exigences spécifiques de l'industrie.
En revanche, outre le milieu de bureau, les connecteurs SCRJ robustes ont également démontré leur efficacité en milieu industriel et sont spécifiés pour une large gamme de réseaux (Figure 4). Leur format compact (SFF) facilite leur intégration dans les appareils. Les férules à ressort de 2,5 mm de diamètre accueillent aisément la fibre. Il en résulte un connecteur optique robuste, compatible avec tous les types de fibres.
De plus, ce système simplifie et accélère le montage sur site, ce qui est très pratique. Par exemple, pour la fibre polymère (POF), il suffit de la couper et de l'insérer dans les manchons à dégagement rapide. La compatibilité du connecteur SCRJ standard avec les connecteurs SC couramment utilisés est un atout pour la mise en service et le diagnostic.
Résumé :
Qu’il s’agisse de fibre optique ou de câble cuivre, d’armoires électriques ou d’appareils, de postes de soudage ou d’usines chimiques, les systèmes de communication industrielle s’intègrent parfaitement aux applications d’automatisation. Grâce à des connecteurs enfichables adaptés et à des solutions optimisées pour une installation rapide sur site, des topologies fiables et flexibles peuvent être facilement mises en œuvre dans la construction d’installations et de machines.
Profinet surmonte les limitations du câblage générique
Dans la construction d'installations et de machines, la flexibilité des topologies est facilitée par le respect des principes du câblage structuré. Les réseaux de bus de terrain s'affranchissent ainsi des limitations du câblage standard. Par exemple, Profinet permet des topologies flexibles et simplifie le choix et le dimensionnement des câbles entre les appareils actifs. Un réseau peut donc être établi en suivant quelques règles simples, sans aucun calcul.
Grâce aux types de câbles définis, il est possible de réaliser un segment ou un canal de 100 m de long, en combinant câbles flexibles et fixes. Les connecteurs enfichables de chaque segment sont configurables selon les exigences industrielles, dans la limite de quatre connecteurs.
Le modèle de planification simplifié ne peut être réalisé qu'en utilisant une section de conducteur AWG22, qui est plus grande que les sections AWG26 ou AWG24 – les types normalement utilisés dans le câblage structuré des bâtiments.
Contrairement aux câbles classiques composés de quatre paires torsadées de conducteurs, Profinet utilise un câble « étoile quad » optimisé, où les quatre conducteurs sont torsadés ensemble. Tous les câbles sont blindés pour une immunité optimale aux interférences et sont parfaitement compatibles avec les connecteurs enfichables spécifiés par Profinet.
Auteur:
Eva Andueza, chef de produit chez Phoenix Contact, SA.
