BAT300 avec Ethernet industriel. (Photo : Belden).
Cependant, l'Ethernet ne se limite pas toujours à l'Ethernet standard, notamment en milieu industriel, car outre ce dernier, il existe deux versions industrielles largement répandues : Profinet et Ethernet I/P. Désormais, ces variantes sont pleinement intégrées aux équipements WLAN, renforçant ainsi l'intégration des réseaux WLAN aux réseaux industriels.
De nombreux réseaux industriels étant initialement basés sur les technologies de bus de terrain, des variantes Ethernet de ces bus ont été développées afin de garantir la compatibilité entre les technologies réseau nouvelles et existantes. Des protocoles tels qu'Ethernet/IP et Profinet permettent d'interconnecter les dispositifs de bus de terrain, les contrôleurs et les composants du réseau Ethernet. Ils sont indispensables aux composants réseau comme les commutateurs et les points d'accès WLAN pour permettre leur identification par le contrôleur ou le logiciel de gestion et ainsi leur pilotage. Du fait de leur flexibilité et de leur variabilité, les réseaux sans fil ne peuvent être gérés de la même manière que les réseaux filaires.
Jusqu'à présent, aucun appareil WLAN du marché ne prenait en charge les deux protocoles. L'intégration de ces piles de protocoles fait donc des appareils Hirschmann™ BAT la solution idéale pour une large gamme d'applications.
Profinet
Le protocole Profinet a été initialement développé par Siemens et les entreprises membres de l'organisation des utilisateurs Profibus. Basé sur le protocole Ethernet TCP/IP, Profinet améliore la technologie Profibus pour les applications nécessitant une communication de données à haut débit sur les réseaux Ethernet, en association avec des fonctions informatiques industrielles. Profinet est utilisé dans la fabrication, l'automatisation des processus, les systèmes de gestion technique du bâtiment et dans l'ensemble des technologies d'entraînement, y compris les applications de commande de mouvement synchrone. De fait, Profinet est le deuxième protocole industriel le plus utilisé après Ethernet/TCP et est entièrement conforme aux normes CEI 61158 et CEI 61784.
BAT MiMo3. (Photo : Belden).
Profinet IO est, de manière générale, la variante la plus fréquemment utilisée. Cette version de Profinet est conçue pour la communication entre un contrôleur et des périphériques décentralisés sur un réseau. Profinet IO repose sur le modèle fonctionnel Profibus et utilise la technologie Fast Ethernet comme support de transmission physique. Ceci explique pourquoi il est possible d'installer des périphériques WLAN ou Ethernet classiques dans des environnements Profinet : la transmission des paquets Ethernet est toujours transparente. Le système Profinet a été conçu pour la transmission rapide des données d'entrée/sortie (E/S), ainsi que des données, paramètres et fonctions informatiques critiques en temps réel. Les composants réseau incapables d'évaluer ces données et ces fonctions, et qui ne répondent pas aux requêtes des composants réseau compatibles Profinet IO (par exemple, les SPS), sont invisibles pour l'administrateur réseau et, par conséquent, ingérables.
Avec Profinet, les composants réseau sont intégrés à l'outil de développement via une description de périphérique. Les attributs du périphérique (Profinet IO Device) sont décrits par le fabricant dans un fichier GSD. Les signaux périphériques des dispositifs réseau sont lus par cycles depuis le SPS, traités sur celui-ci, puis renvoyés aux dispositifs. Outre l'échange cyclique de données utiles, Profinet offre également des fonctions supplémentaires pour la transmission de diagnostics, de paramètres et d'alarmes, et prend en charge les fonctions temps réel (RT).
Application WLAN dans une éolienne. (Photo : Belden).
Ethernet/IP
Ethernet/IP est également un réseau de communication industrielle basé sur la technologie Ethernet et les protocoles de transport TCP/IP et UDP/IP. Cela signifie que les appareils compatibles Ethernet peuvent aussi être utilisés avec Ethernet/IP, comme c'était le cas avec Profinet. Sur le marché actuel, Ethernet/IP se classe au troisième rang des protocoles industriels les plus utilisés.
À l'instar de Profinet IO, Ethernet/IP enrichit Ethernet grâce à un protocole industriel appelé Common Industrial Protocol (CIP), qui sert de couche application pour les applications d'automatisation. Ce protocole permet notamment la capture de données depuis les postes de travail en réseau, la configuration et la programmation du système en ligne, ainsi que le contrôle en temps réel des périphériques et des dispositifs d'entrée/sortie de terrain via Ethernet. Le CIP constitue la couche application et est utilisé dans trois systèmes de bus ouverts : Ethernet/IP, ControlNet et DeviceNet. Ce protocole utilise des messages d'entrée/sortie implicites et des télégrammes de requête/réponse individuels pour la configuration et la capture de données (messages explicites).
La maintenance et le développement du protocole CIP sont assurés conjointement par l'Open DeviceNet Vendors Association (ODVA, www.odva.org) et ControlNet International (www.controlnet.org).
Fonctionnalités exclusives d'un réseau sans fil
Il a déjà été mentionné qu'un réseau sans fil ne peut être considéré ni traité exactement de la même manière qu'un réseau filaire, car un réseau sans fil est par nature variable. Les clients du réseau, c'est-à-dire les utilisateurs, changent de localisation et se déplacent d'un point d'accès à un autre, ce qui entraîne une évolution constante de la topologie du réseau. Même dans le cas d'installations sans fil fixes, comme des bâtiments interconnectés par une liaison sans fil point à point, les paramètres de connexion ne sont pas toujours stables. Les conditions météorologiques, les perturbations (pas seulement les signaux radar) ou de simples variations mécaniques, comme le déplacement de l'antenne dû à des vents violents, peuvent engendrer des variations des vitesses de transmission et des débits de données, ainsi que d'éventuels changements de canal. Un paramètre clé, notamment pour les réseaux Profinet et Ethernet/IP, est le temps de transmission effectif (débit).
De par leur nature même, les réseaux sans fil ne peuvent atteindre la faible latence des connexions filaires classiques. Un réseau WLAN 802.11n idéalement configuré offre une latence similaire à celle d'un réseau Ethernet rapide filaire.
La couche MAC du WLAN est conçue de manière à ce que les paquets ne soient pas envoyés sans discernement : chaque utilisateur du réseau est pris en compte en premier, et si nécessaire, le paquet doit attendre. Par conséquent, une faible latence ne peut être garantie pour tous les paquets transmis. Ce n'est pas le cas des connexions filaires, qui ne possèdent que deux extrémités, tandis que les réseaux sans fil en possèdent de nombreuses, et tous les utilisateurs doivent être pris en compte.
Profinet dans le secteur automobile. (Photo : Belden).
Ces aspects doivent également être pris en compte dans les réseaux Profinet et Ethernet/IP. Ni Profinet IO ni CIP ne sont adaptés aux réseaux WLAN. Jusqu'à présent, les paramètres appropriés faisaient totalement défaut, et par conséquent, les périphériques WLAN étaient soit complètement ignorés dans ces réseaux (ils ne sont pas visibles par l'automate programmable ni par le système de contrôle d'alimentation), soit mal gérés.
Mise en œuvre de CIP et PNIO dans les périphériques WLAN
L'intégration de périphériques WLAN à ces réseaux exige bien plus que la simple installation d'un logiciel. Une liste de nouveaux paramètres permet désormais de contrôler la connexion WLAN, ce qui permet d'ajuster le contrôleur pour une communication efficace avec les périphériques sans fil du réseau et de prendre en compte leur latence. De plus, le contrôleur peut être programmé pour réagir aux événements inattendus sur le chemin WLAN. Différents seuils peuvent être définis pour déclencher des alarmes si, par exemple, la qualité de la connexion chute en dessous d'une valeur spécifiée.
Les appareils Hirschmann™ BAT prennent désormais également en charge les logiciels de gestion typiques largement utilisés dans les environnements Ethernet industriels, ce qui signifie qu'aucun obstacle n'empêche l'intégration des appareils WLAN dans les réseaux Ethernet I/P ou Profinet.
Conclusion
Les réseaux sans fil basés sur la norme WLAN 802.11 permettent la transmission d'Ethernet par voie hertzienne. Cependant, une analyse plus approfondie révèle que la simple prise en charge des piles de protocoles Ethernet I/P et Profinet IO ne suffit pas à exploiter pleinement les WLAN au sein des réseaux. Hirschmann™, pionnier dans ce domaine, a développé une gamme complète de nouveaux paramètres et alarmes permettant d'adapter les réseaux aux caractéristiques spécifiques des WLAN. Cette innovation ouvre le marché des WLAN dans tous les secteurs utilisant ces protocoles, un développement particulièrement important pour les secteurs de l'automatisation et de l'automobile, piliers de l'économie allemande.
Auteur:
Auteur : Olaf Schilperoort
Hirschmann Automation and Control GmbH, Neckartenzlingen
