Dans les réseaux industriels, Ethernet s'est initialement imposé du niveau entreprise aux niveaux opérationnel et process, jusqu'au niveau de contrôle. Le dernier niveau de la pyramide d'automatisation, le niveau terrain, est traditionnellement connecté via divers systèmes de bus. Ceci s'explique notamment par la finesse des ramifications et le grand nombre d'appareils présents sur le terrain. Dans une usine de production, des centaines de milliers de capteurs et d'actionneurs doivent être connectés par un vaste réseau de périphériques câblés. Au final, cela représente un câblage considérable et un coût important. De plus, des passerelles et des traducteurs sont indispensables pour la conversion des données entre les deux environnements.
Récemment, le besoin d'une infrastructure plus efficace au niveau terrain s'est considérablement accru. Les capteurs requièrent des vitesses de transmission que les systèmes de bus ne peuvent plus fournir. Parallèlement, l'infrastructure Ethernet existante est trop coûteuse, trop volumineuse et surdimensionnée pour la plupart des applications de terrain. Ceci concerne les câbles, les connecteurs et les composants des appareils. Une infrastructure Ethernet fine, légère et performante était nécessaire pour permettre à l'industrie de se numériser au niveau terrain et ainsi franchir le cap de l'IIoT. C'est là qu'intervient SPE.
L'industrie est impatiente de tirer parti des avantages de ce câblage fin. En automatisation, la technologie SPE permet une connectivité transparente des appareils de terrain, des capteurs/actionneurs et bien plus encore. Le terrain devient plus intelligent, ce qui réduit les efforts nécessaires au paramétrage, à l'initialisation et à la programmation. La construction, l'exploitation et la maintenance des systèmes sont ainsi plus efficaces et économiques. Pour la première fois, Ethernet peut communiquer efficacement du cloud au terrain.
La technologie SPE, utilisée dans les machines, les robots et les infrastructures ferroviaires, contribue également à des gains de poids et d'espace. Le câblage est simplifié et son installation est beaucoup plus rapide.
L'infrastructure Ethernet IIoT
avec TCP/IP rend chaque dispositif de terrain intelligent. Grâce au TSN (Time-Sensitive Network), ces dispositifs peuvent fonctionner en temps réel et être utilisés dans les câblages critiques pour la sécurité. Contrairement aux systèmes BUS, le débit de transmission de données nettement supérieur permettra également, à l'avenir, la connexion économique de capteurs générant d'importants volumes de données, comme les systèmes de vision par caméra pour la reconnaissance et le positionnement. Auparavant, ces capteurs devaient être acheminés séparément sur le terrain via une infrastructure Ethernet à 8 fils. Avec le SPE, chaque capteur peut être connecté à Internet de manière uniforme. Les interfaces T1 pour appareils industriels et les câbles SPE conformes à la norme ISO/IEC 11801-X constituent l'infrastructure standardisée du SPE au niveau du terrain. Aussi performante qu'une infrastructure BUS conventionnelle, elle offre des performances nettement supérieures en termes de vitesse de transmission de données et de transmission d'énergie simultanée. Chaque petit capteur devient ainsi un acteur intelligent de l'Internet industriel des objets.
Le SPE remplace-t-il l'infrastructure Ethernet existante ?
Probablement pas. Dans son état actuel de développement et de normalisation, le SPE ne transmet 1 Gbit/s que jusqu'à une distance de 40 mètres. L'Ethernet 8 fils, quant à lui, peut transmettre jusqu'à 100 mètres. De plus, la conversion d'un grand nombre d'interfaces et d'appareils serait inutile. L'Ethernet est utilisé sur une seule paire de fils, ce qui permet des gains significatifs en termes d'espace et de poids. Dans le secteur ferroviaire, par exemple, la réduction du poids se traduit par des économies potentielles considérables.
L'Ethernet gagne en importance dans l'automatisation et est de plus en plus accepté comme support universel. Les systèmes de bus, en revanche, sont en déclin constant. C'est précisément dans ce domaine, du niveau de contrôle au niveau terrain, que les systèmes de bus SPE perdront des parts de marché. L'interface SPE miniaturisée standard pour les applications industrielles, de type industriel T1 selon la norme CEI 63171-6, permet d'atteindre efficacement chaque capteur et actionneur sur le terrain grâce à des câbles SPE fins.
LA SÉCURITÉ PAR LES NORMES
CEI 63171-6 : LA NORME INDUSTRIELLE POUR LES INTERFACES SPÉCIALES.
Publiée début 2020, la norme CEI 63171-6 est la première norme mondiale pour les connexions SPE dans les applications industrielles adoptée par les principaux organismes de normalisation. Initialement introduite en 2016, cette norme exhaustive inclut toutes les spécifications et procédures de test nécessaires à une mise en œuvre simple et fiable.
NORMES DE CÂBLAGE ISO/CEI JTC 1/SC 25/WG3 et TIA42 : POUR UNE COMPATIBILITÉ TOTALE.
Pour une connexion de bout en bout sécurisée, tous les composants d'infrastructure, y compris les câbles, doivent respecter des normes uniformes.
Ces normes de câblage fournissent aux utilisateurs des informations sur la structure du câblage, les composants à utiliser pour atteindre les objectifs de performance et les limites de vérification du câblage. Elles constituent ainsi l'outil essentiel pour la configuration et la mise en service du câblage SPE. Elles garantissent également la compatibilité entre les appareils et le câblage grâce à des références aux normes des composants (par exemple, les connecteurs conformes à la norme CEI 63171-6). Cette compatibilité est une condition essentielle au fonctionnement des réseaux et connexions basés sur la technologie SPE et, par conséquent, constitue le fondement de l'IoT/IIoT. L'utilisation de composants de câblage non conformes, par exemple, à la norme ISO/IEC 11801-3 Amd.1 est possible en principe, mais elle n'est plus conforme aux normes et comporte des risques d'incompatibilités et de pertes de fonctionnalités.
L'ISO/IEC JTC 1/SC 25/WG 3 et la TIA42 ont lancé des processus de sélection internationaux début 2018 afin de définir des interfaces uniformes. Ces deux processus de sélection ont été en partie initiés par l'IEEE 802.3, qui a sollicité une recommandation pour une interface SPE MDI (SPE Device Interface) auprès de l'ISO/IEC et de la TIA.
Plus de 20 comités d'experts nationaux ont participé à ce processus de sélection. Suite à ce choix, deux types de faces d'accouplement ont prévalu :
pour le câblage (M1I1C1E1), la face d'accouplement conforme à la norme IEC 63171-1 :
cette face d'accouplement est basée sur la proposition de la société CommScope ;
pour les applications industrielles et connexes (M2I2C2E2 et M3I3C3E3), la face d'accouplement conforme à la norme IEC 63171-6 (anciennement IEC 61076-3-125) :
cette face d'accouplement est basée sur la proposition de HARTING T1 Industrial.
IEEE 802.3
définit le cadre technique de la transmission Ethernet sur une seule paire de fils. Ce comité clé a le pouvoir d'influencer les tendances. Sans protocole uniforme, il n'existe pas de norme ouverte. Afin de faciliter l'interaction des composants normalisés pour un système Ethernet complet, la norme IEEE 802.3 suit les recommandations de l'ISO/IEC JTC 1/SC 25/WG 3 et de la TIA42 pour une interface SPE uniforme et recommande également l'interface T1 industrielle (IEC 63171-6) comme interface SPE standard pour les applications industrielles.
