La figure 1 illustre la structure pyramidale hiérarchique des communications industrielles, selon leur emplacement, le nombre d'éléments et leur fonctionnalité (données ou contrôle). À la base de la pyramide se trouvent de nombreux éléments d'automatisation industrielle capables de transmettre de faibles quantités d'informations. Plus on monte dans la pyramide, moins il y a d'éléments, mais plus le volume de données à communiquer augmente.
Le temps de réponse requis du sous-système de communication à chaque niveau de la pyramide CIM (Fabrication Intégrée par Ordinateur) peut varier de quelques microsecondes pour le niveau du processus ou du terrain, à plusieurs secondes pour le niveau de l'usine, positionnant ainsi différemment le type de réseau de communication nécessaire à la mise en œuvre de ladite communication.
Les réseaux de contrôle sont rattachés aux niveaux inférieurs de la pyramide CIM car ils doivent pouvoir gérer, en temps réel, un trafic d'informations composé d'un grand nombre de petits paquets provenant d'un nombre de stations plus restreint que celui des réseaux de données. La distinction entre les deux types de réseaux n'est pas aussi nette qu'il n'y paraît, car les réseaux de données présentent souvent des caractéristiques propres aux réseaux de contrôle, comme c'est le cas pour Profinet.
Les réseaux industriels connaissent actuellement des progrès significatifs en matière de nouvelles méthodologies de communication, soutenues par le développement technologique. De nombreuses normes et une variété de marques émergent également autour de ces nouvelles technologies, ce qui diversifie considérablement le marché et élargit les solutions de communication possibles en milieu industriel.
Lors de l'intégration d'un processus ou d'une ligne de production, il est fréquent que chaque fabricant développe son propre environnement de programmation et ses propres caractéristiques de composants physiques, soit en respectant une norme, soit en créant sa propre conception propriétaire. Souvent, un grand fabricant d'automatismes industriels développe une conception propriétaire qui, en quelques années, devient une norme de facto utilisée par de nombreuses entreprises. Actuellement, l'approche la plus courante consiste à former un consortium ou une association d'entreprises qui définissent les caractéristiques du système, en fournissant un cadre et une documentation de conception. Il s'agit des groupes de travail de diverses associations dédiées à la normalisation des systèmes.
2. Réseaux basés sur Profinet.
En 1989, le protocole Profibus a été développé pour permettre l'interconnexion d'équipements de différents fabricants. Conformément au modèle ISO/OSI pour les protocoles de communication de couche 1 (couche physique), il utilise la norme RS485. Aujourd'hui, Profibus compte environ 20 millions de nœuds installés dans le monde et s'est imposé comme l'un des meilleurs bus de terrain. Cependant, le marché exigeait de nouvelles évolutions, ce qui a conduit à la création de la norme Profinet : un bus de communication industriel basé sur Ethernet industriel.
Profinet utilise des télégrammes standard IEEE 802.x (Ethernet) avec informations de priorité. La trame Profinet possède la structure illustrée à la figure 2, qui indique s'il s'agit d'un datagramme Profinet. Ceci permet aux commutateurs de gérer la transmission des données en temps réel grâce à des mécanismes de priorisation.
2.1. Logiciel Profinet
Les principaux fabricants d'équipements Profinet proposent aux utilisateurs une interface graphique optimisée pour la configuration d'un réseau Profinet. Le logiciel d'intégration assure la configuration du réseau, le paramétrage des équipements, le téléchargement des programmes et le diagnostic du réseau et de ses composants (Figure 3).
Parmi les outils de configuration, de programmation, de diagnostic et/ou de surveillance pour intégrateurs Profinet, on trouve :
2.2. Matériel dans Profinet.
Pour la connexion directe d'appareils de terrain décentralisés à l'Ethernet industriel, PROFIBUS International a défini la norme Profinet-IO. Cette norme permet aux appareils de terrain de transmettre cycliquement leurs données au contrôleur correspondant. Profinet-IO définit les types d'appareils suivants :
- Contrôleur d'E/S : un contrôleur (par exemple, un automate programmable) sur lequel le programme d'automatisation est exécuté.
- Appareil d'E/S : un appareil de terrain décentralisé affecté à un contrôleur d'E/S.
- Superviseur d'E/S : un programmateur/PC doté de fonctions de mise en service et de diagnostic, ou un appareil IHM4. L'appareil de terrain lit les signaux provenant du périphérique et les transmet au contrôleur d'E/S. Le contrôleur traite ces signaux et renvoie les signaux de sortie à l'appareil d'E/S.
La figure 7 illustre les caractéristiques des trois groupes Profinet-IO mentionnés.
2.3. Interopérabilité via fichiers GSDML
. Profinet utilise un modèle Maître/Esclave. Au démarrage, le Maître établit une connexion avec les appareils Esclaves et leur transmet les paramètres de démarrage. L'échange cyclique de données commence alors. Le contrôleur Profinet (Maître) reçoit toutes les informations de configuration via un outil dédié. Cet outil extrait les informations nécessaires du fichier GSDML de l'appareil.
Les fichiers GSDML (Generic Station Description, GSD) sont des fichiers de description générique de station, écrits au format XML. Ils décrivent les caractéristiques du modèle d'appareil Profinet, assurant ainsi l'interopérabilité entre différentes marques d'appareils. Ce fichier contient toutes les propriétés des appareils de terrain Profinet pertinentes pour l'échange cyclique de données.
Le format GSDML n'est pas destiné à décrire les fonctions technologiques ni l'interface utilisateur graphique d'un appareil. Pour cela, il convient d'utiliser un outil d'ingénierie permettant l'intégration de l'appareil (tel que PCWorx, CXProgrammer ou Step7).
Dans les prochains articles, nous aborderons la configuration d'un réseau Profinet à partir de différents systèmes de configuration et d'intégration.
1 Le modèle d'interconnexion de systèmes ouverts (OSI) (ISO/IEC 7498-1) est également connu sous le nom d'OSI.
2 RS485 est un bus de transmission différentiel multipoint utilisant deux fils blindés non torsadés.
3 L'Ethernet industriel désigne l'utilisation du protocole Ethernet en milieu industriel pour l'automatisation et le contrôle des machines de production.
4 IHM signifie Interface Homme-Machine. Les systèmes IHM peuvent être considérés comme une représentation visuelle d'un processus. Cette représentation peut se trouver sur des dispositifs spécifiques tels que des panneaux de commande ou sur un ordinateur.
