Le guide définitif de PROFINET avec l'IIoT

Bien que 4–20 mA et HART restent largement utilisés, les réseaux numériques gagnent du terrain dans les environnements industriels en raison de leur meilleure comptabilité avec les initiatives de digitalisation. La question de savoir si les systèmes analogiques restent pertinents donne souvent lieu à des discussions. Robustes et simples, ils facilitent en effet les opérations sur le terrain. Un point reste cependant à élucider : comment obtenir une connectivité transparente entre le terrain et les systèmes de commande ?

Les contrôleurs et les équipements modernes génèrent des quantités importantes de données, ce qui nécessite des protocoles de communication avancés tels que Modbus RS485, OPC et PROFIBUS DP. En outre, des technologies telles que FOUNDATION Fieldbus H1, PROFIBUS PA et PROFINET offrent encore davantage de possibilités d'intégration. Ces réseaux industriels assurent la connexion des appareils de terrain aux contrôleurs et rendent ainsi possibles le diagnostic, la configuration et des fonctionnalités avancées allant bien au-delà de ce que l'analogique peut offrir à lui seul.

Malgré ces progrès, la technique 4–20 mA continue à dominer sur le terrain. Une domination qui s'explique notamment par le fossé entre les concepts des fournisseurs et la réalité des utilisateurs, tout comme par la complexité des réseaux numériques, qui retarde le déclin de l'analogique. La montée en puissance de l'IIoT et de l'IA accélère toutefois la digitalisation, rendant les protocoles Ethernet et la communication sans fil toujours plus populaires dans le cadre des nouveaux projets. La tendance est claire : les solutions numériques arrivent en nombre croissant et nous devons être prêts à les adopter.

Vous avez probablement déjà rencontré un câble Ethernet lors de l'installation d'un routeur ou d'un appareil quelconque connecté à Internet. Beaucoup supposent que le terme « Ethernet » désigne uniquement le câble lui-même. Mais en réalité, le câble représente simplement la couche physique d'un réseau Ethernet.

Ethernet prend en charge plusieurs protocoles de communication à l'aide de ces câbles. Parmi les exemples courants, citons le protocole Internet (IP) et le protocole de contrôle de transmission (TCP), qui sont largement utilisés dans les applications quotidiennes. Pour répondre à des exigences plus complexes, les environnements industriels nécessitent toutefois des protocoles supplémentaires.

Au niveau de l'installation, les contrôleurs doivent avoir accès aux données des entraînements, E/S et postes de travail avec un temps de réponse rapide, tandis que le réseau doit résister à des conditions difficiles telles que l'abrasion, l'humidité et les variations de température. Pour répondre à ces exigences, les experts en automatisation ont développé le protocole Ethernet industriel. C'est sur cette base qu'est ensuite apparu PROFINET, un protocole robuste basé sur Ethernet et destiné aux applications industrielles.

PROFINET est un protocole de communication industrielle basé sur Ethernet qui connecte les appareils de process – tels que les capteurs et les actionneurs – aux systèmes de commande. Il a été développé par l'organisation PROFIBUS and PROFINET International (PI) en collaboration avec plusieurs partenaires industriels.

Conforme au standard Ethernet IEEE 802, le protocole est défini par les normes CEI 61158 et CEI 61784. Ceci permet d'intégrer facilement divers appareils dans le même réseau. Une imprimante et un débitmètre, par exemple, peuvent coexister dans une même infrastructure. Contrairement aux réseaux domestiques typiques, PROFINET offre des temps de cycle extrêmement rapides, souvent dans la plage des millisecondes. Il présente donc des caractéristiques bien adaptées à l'automatisation industrielle.

Pour comprendre sa structure, nous nous référons au modèle ISO/OSI, qui définit sept couches pour la communication réseau. Ethernet utilise généralement quatre couches :

• Ethernet pour la liaison physique et de données
• IP pour le réseau
• TCP ou UDP pour le transport
• Autresprotocoles pour des fonctions spécifiques

PROFINET suit généralement ce modèle, mais peut contourner certaines couches dans différentes applications. Real-Time (RT) PROFINET, par exemple, se passe des couches réseau et transport afin d'accélérer la communication.

• TCP/IP pour la configuration, les réglages et les opérations de lecture/écriture cycliques
• Real-Time (RT) pour les tâches d'automatisation avec des temps de cycle compris entre 1 et 10 millisecondes
• Isochronous Real-Time (IRT) pour une communication synchronisée très précise, par commutation programmée

Cette approche par couches assure flexibilité, vitesse et fiabilité, faisant de PROFINET une pierre angulaire pour l'automatisation industrielle moderne et l'intégration de l'IIoT.

Avec PROFINET, l'approche traditionnelle maître-esclave utilisée par PROFIBUS pour l'échange de données est remplacée par un modèle fournisseur-consommateur. Les appareils regroupés au sein d'un système PROFINET sont généralement répartis dans trois catégories :

• Contrôleur : généralement un automate programmable industriel (API) ou un système numérique de contrôle-commande (SNCC) qui exécute le programme d'automatisation. Le contrôleur envoie des grandeurs de sortie aux périphériques d'entrée-sortie et en reçoit des grandeurs d'entrée, comme un maître de classe 1 dans PROFIBUS.
• Appareils : composants de terrain, tels que capteurs et actionneurs, qui communiquent avec le contrôleur via des connexions Ethernet et fonctionnent de la même manière que les esclaves dans PROFIBUS.
• Superviseur : systèmes tels que des ordinateurs, IHM ou outils de diagnostic utilisés pour la surveillance, la mise en service et le dépannage, comparables aux maîtres de classe 2 dans PROFIBUS.

Un système PROFINET I/O nécessite au moins un contrôleur et un appareil, mais les configurations peuvent varier considérablement : plusieurs contrôleurs pour un seul appareil, un contrôleur pour plusieurs appareils, ou même plusieurs contrôleurs gérant plusieurs appareils. Les superviseurs sont généralement utilisés temporairement pendant la mise en service ou le diagnostic.

En plus de ces éléments fondamentaux, un réseau PROFINET comprend des composants tels que des commutateurs et des points d'accès sans fil. Certains de ces composants peuvent également servir de périphériques d'entrée-sortie, augmentant ainsi les possibilités de diagnostic.

Pour configurer un appareil PROFINET I/O, deux éléments sont essentiels : un outil de supervision et un fichier General Station Description (GSD). Similaire à celui utilisé dans PROFIBUS, le fichier GSD mis à disposition par le fournisseur de l'appareil fait toutefois appel à un format XML appelé GSDML.

Une fois la configuration terminée, le fichier GSDML est téléchargé dans le contrôleur et établit la communication avec les appareils connectés. À partir de là, les données cycliques – telles que les grandeurs d'entrée et de sortie – circulent en continu entre le contrôleur et les appareils. Les données acycliques, y compris les informations de diagnostic, sont quant à elles échangées lorsque nécessaire.

Le choix entre PROFIBUS et PROFINET dépend des exigences spécifiques de votre application. PROFIBUS est un protocole numérique bien établi reposant sur la communication série, tandis que PROFINET est un protocole moderne conçu sur la base d'Ethernet industriel. PROFINET offre une bande passante sensiblement plus élevée et des cycles de communication plus rapides, permettant le transfert de plus gros paquets de données.

Vous trouverez ici un récapitulatif des différences entre PROFIBUS et PROFINET :

Un autre avantage de PROFINET est sa compatibilité avec les technologies sans fil. Ce standard étant basé sur Ethernet, il peut être intégré au besoin avec le wifi ou Bluetooth et offre ainsi des possibilités flexibles de connectivité mobile et à distance.

La connectivité et l'ouverture jouent un rôle primordial dans la mise en place de systèmes IIoT efficaces. La collecte de données de terrain précises est essentielle pour générer des informations exploitables et PROFINET assure une liaison fiable et transparente entre les appareils de terrain et les écosystèmes IIoT, tels que Netilion d'Endress+Hauser.

L'un des points forts de PROFINET est sa capacité à coexister avec d'autres protocoles, permettant aux exploitants d'entrer dans l'ère numérique sans abandonner l'infrastructure familière. En outre, les données peuvent être exportées du terrain vers des systèmes de niveau supérieur à l'aide de normes ouvertes, comme OPC UA, combinées à PROFINET pour permettre une intégration simple avec des bases de données cloud.

PROFINET est déjà un catalyseur essentiel de l'IIoT, et son rôle est appelé à croître.