Tout ce que vous devez savoir sur EtherNet/IP et l'IIoT

Vous remarquez peut-être aujourd'hui une diminution du nombre d'appareils Ethernet sous l'effet de la popularité croissante des réseaux sans fil. Ethernet fait cependant partie intégrante de notre vie quotidienne, que ce soit pour notre connexion Internet primaire ou notre télévision connectée. Dans les environnements industriels, Ethernet constitue une évolution significative. EtherNet/IP comprend le fameux sigle « IP », similaire à celui que vous utilisez pour vous connecter à Internet. Mais dans ce contexte, « IP » correspond à « Industrial Protocol », une adaptation ingénieuse pour les applications industrielles.

Les instruments de terrain peuvent se connecter via Ethernet à l'aide de câbles et de connecteurs semblables à ceux que nous utilisons à la maison. Même si les applications industrielles nécessitent bien sûr des versions plus robustes pour résister à des conditions difficiles, le principe reste le même. Bref, vous en savez déjà beaucoup sur le mode de fonctionnement de ces « nouveaux » appareils Ethernet industriels. Maintenant que nous avons montré à quel point cette technologie nous est familière, penchons-nous sur ce qui fait sa particularité.

Dans les années 1990, une petite équipe de ControlNet International Ltd. commence à développer ce qui allait devenir EtherNet/IP. En l'an 2000, elle réalise qu'elle a besoin de renfort pour faire avancer le projet. L'option du financement participatif n'existant pas à l'époque, l'équipe opte pour des méthodes classiques.

Elle propose un partenariat à l'Open DeviceNet Vendors Association (ODVA), une organisation de fabricants de systèmes d'automatisation fondée en 1995. L'ODVA accepte de collaborer au développement d'EtherNet/IP. En 2009, les développeurs d'origine transfèrent la pleine responsabilité du protocole à l'ODVA et ses membres. Aujourd'hui, l'ODVA assure la gestion et la promotion du Common Industrial Protocol (CIP™) et des technologies connexes, y compris ControlNet®, CompoNet® et DeviceNet®.

Au-delà du développement du protocole, l'ODVA veille à l'interopérabilité entre tous les fournisseurs et systèmes – un défi complexe dans le domaine de l'automatisation industrielle. Pour simplifier l'intégration et l'adoption, l'organisation plaide en faveur de l'utilisation de composants commerciaux prêts à l'emploi (COTS) et de technologies Internet et Ethernet non modifiées.

Basé sur le modèle CIP et son successeur, l'Open Systems Interconnexion (OSI), ainsi que la famille de protocoles standard TCP/UDP, EtherNet/IP est à la fois un réseau Ethernet flexible haut de gamme et un standard CEI ouvert. Il vous permet de connecter des capteurs de terrain, des contrôleurs et des systèmes de commande dans le même réseau.

Sa mise en œuvre est vaste, de sorte que trouverez également des régulateurs de puissance (moteurs, entraînements, démarreurs progressifs, etc.) et des commandes discrètes (E/S de sécurité, robots, etc.). Les possibilités sont nombreuses car les caméras IP, le wifi et les téléphones IP peuvent également être intégrés au réseau. Toutes ces caractéristiques montrent qu'EtherNet/IP est plus que prêt à élargir les possibilités offertes par l'IIoT.

Plutôt que de décrire ici la norme entière, nous indiquerons les points essentiels que vous devez connaître :

• IEEE 802.3 : norme, Ethernet, Precision Time Protocol (IEEE-1588)
• CEI : Commission électrotechnique internationale – CEI 61158
• ODVA : Common Industrial Protocol (CIP)
• IETF : Internet Engineering Task Force, protocole Internet standard (IP)

EtherNet/IP ajoute par ailleurs le CIP à la couche session, tout en suivant également le cadre du protocole du modèle OSI. Jetez un œil au graphique :

Enfin, vous pouvez avoir de nombreuses façons de communiquer. La couche physique permet le recours à la communication sans fil, aux câbles en cuivre, à la fibre, etc. La couche liaison de données est compatible avec différentes normes en fonction de la couche physique – par exemple IEEE 802.3 (fibre), IEEE 802.3 ou 802.1 (cuivre) et IEEE 802.11 (wifi).

Ainsi, même la nouvelle Advanced Physical Layer (Ethernet-APL) n'a que 2 fils pour l'alimentation et la communication, y compris en zone explosible !

La technologie Ethernet a connu une véritable évolution : partant des 10 Mbits/s, de la topologie en bus/en arbre et de la communication semi-duplex, elle est passée aux 100 Mbits/s et à 1 Gbit/s, au duplex intégral et à la topologie en étoile basée sur commutateur/routeur. Cette évolution a permis aux réseaux Ethernet de prendre en charge des systèmes industriels critiques.

EtherNet/IP est une infrastructure active, avec des segments de réseau utilisant des liaisons point à point dans une topologie en étoile. Cette topologie repose sur l'interconnexion de commutateurs de couche 2 et de couche 3. Ces commutateurs prennent en charge de nombreux nœuds point à point.

Le réseau EtherNet/IP est également compatible avec des topologies linéaires et plusieurs topologies en anneau insensibles aux défaillances. Pour cela, il utilise des commutateurs intégrés et la technologie Device Level Ring (DLR). Ces topologies alternatives peuvent être combinées pour optimiser le câblage et l'agencement de communication.

Il serait possible d'examiner les détails techniques des réseaux EtherNet/IP. Nous adopterons toutefois une approche ciblée pour nous concentrer sur l'essentiel par le biais de trois questions. Les réponses vous fourniront de bonnes bases pour comprendre ces réseaux.

EtherNet/IP est basé sur le standard TCP/UDP IP. Mais à quoi correspondent ces sigles ? TCP (transmission control protocol, protocole de contrôle de transmission) assure un transfert de données fiable, mais lent, dans un paquet ou une trame unicast. Les e-mails et la navigation web, par exemple, utilisent des connexions TCP, judicieuses pour la transmission de données de diagnostic, tandis que l'UDP est utile pour les données E/S dans les applications d'automatisation ou de commande.

Passons maintenant à l'UDP (user datagram protocol, protocole de datagramme utilisateur). Il permet une connexion beaucoup plus rapide, sans toutefois garantir que les données transférées parviennent au destinataire.  Ici, nous avons des paquets ou des trames unicast, multicast et broadcast, comme pour le streaming audio ou vidéo.

Oui. EtherNet/IP a été développé pour permettre la coexistence avec d'autres applications TCP/IP. Voici quelques exemples d'applications TCP/IP que vous rencontrerez fréquemment sur le marché :

• HTTP – hypertext transfer protocol (protocole de transfert hypertexte)
• SNMP – simple network management protocol (protocole simple de gestion de réseau)
• Modbus/TCP
• OPC UA

Le réseau est composé d'éléments cruciaux qui permettent la communication entre les appareils et le système de commande. EtherNet/IP dispose de trois classes qui identifient les composants et définissent la manière dont ils sont utilisés.

• Scanner : la classe Scanner fournit les variables d'entrée et de sortie du réseau par cycles définis sur la base du temps de mise à jour. Exemples : API et contrôleurs
• Messaging : la classe Messaging prend en charge la messagerie explicite au lieu des données E/S en temps réel. Exemples : diagnostic, outils de configuration de réseau, systèmes SCADA et IHM
• Adapter : la classe Adapter offre des fonctionnalités spécifiques à l'appareil dans les dispositifs à protocole EtherNet/IP intégré. Exemples : capteurs, vannes, passerelles.

En tant que communication numérique, EtherNet/IP élargit nos possibilités d'intégration et d'utilisation des données. Vous pouvez extraire directement des informations de votre réseau à l'aide d'un dispositif périphérique et les envoyer à différents types de services cloud en appliquant le concept NAMUR NOA. Par exemple, l'écosystème IIoT Netilion d'Endress+Hauser prend désormais en charge les appareils EtherNet/IP de plusieurs façons. Vous pouvez utiliser ces derniers dans les services Analytics, Library, Health et Value. Vous avez également la possibilité d'utiliser des appareils de fournisseurs tiers dans Analytics et Library. Ces services améliorent vos données et vous fournissent les bonnes informations où que vous soyez. Chaque service offre des avantages utiles pour les tâches quotidiennes.

Les services IIoT sont un moyen simple d'accéder aux informations pertinentes de vos instruments de terrain. Ils vous offrent une possibilité pratique et sûre d'intégrer le cloud et de prendre une longueur d'avance dans votre secteur, de donner une nouvelle dimension à la maintenance et d'améliorer la production, pour ne citer que quelques exemples.