Quelles sont les nouveautés du réseau Ethernet industriel ?

18 octobre 2018 / 101 Series

De par sa fiabilité, ses performances et son interopérabilité intrinsèques, l’Ethernet s’est infiltré dans l’usine en tant que protocole de communication de choix pour les systèmes d’automatisation et de contrôle. Cette année, l’Ethernet industriel a dépassé la part de marché des protocoles de bus domotiques traditionnels qui nécessitent généralement plusieurs installations de câblage distinctes et propriétaires.

To meet the needs of the industrial environment, Industrial Ethernet essentially uses special industrial protocols encapsulated within the Ethernet protocol in a way that ensures the correct information is sent and received when and where it is needed to perform a specific operation. Let’s take a look at these protocols and examine how Industrial Ethernet networks differ from the commercial Ethernet LAN environment.

Les quatre grands protocoles

La communication industrielle se produit au niveau de l’acheminement, du contrôle et du capteur - chacun d’eux nécessitant différents niveaux de transfert d’informations en temps réel, de détection des collisions et de déterminisme (déterminant essentiellement à l’avance le chemin à suivre entre deux nœuds). Bien que plusieurs protocoles Ethernet industriels prennent en charge diverses exigences de communication en usine, il convient de mentionner quatre acteurs principaux : Modbus TCP/IP, EtherCat, EtherNet/IP et Profinet

Modbus TCP/IP was the first Industrial Ethernet protocol introduced, and it is essentially a traditional Modbus communication that is compressed within an Ethernet transport layer protocol for transferring discrete data between control devices. Il utilise une simple communication maître-esclave où le nœud « esclave » ne transmettra pas de données sans demande du nœud « maître », mais il n'est pas considéré comme un protocole en temps réel.

Introduced in 2003, EtherCAT is an Industrial Ethernet protocol that offer real-time communication in a master/slave configuration for automation systems. L’élément clé d’EtherCAT est la possibilité pour tous les esclaves en réseau d’extraire uniquement les informations pertinentes dont ils ont besoin dans les paquets de données et d’insérer des données dans la trame lorsqu’elle est transmise en aval - souvent appelée communication « à la volée ».  

Initially released in 2000, Ethernet/IP is a widely used application-layer Industrial Ethernet protocol supported by the Open Device Vendors Association (ODVA) and supplied primarily by Rockwell Automation. Il s'agit du seul protocole Ethernet industriel entièrement basé sur les normes Ethernet et utilisant les couches Ethernet, physique, liaison de données, réseau et de transport standard. Comme il utilise la commutation Ethernet standard, il peut prendre en charge un nombre illimité de nœuds. Cependant, il requiert une plage limitée pour éviter la latence et prendre en charge les communications en temps réel.

Un autre acteur important (principalement dû aux systèmes d’intégration Siemens et GE) est Profinet, un protocole d’application développé par Siemens en collaboration avec les sociétés membres d’une organisation d’utilisateurs Profibus. Il étend essentiellement la communication du contrôleur d’E/S Profibus à Ethernet en utilisant des commutateurs spéciaux intégrés aux appareils.

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Caractéristiques des installations de câbles

Lorsqu’il s’agit d’installations de câbles prenant en charge ces réseaux Ethernet industriels, il existe certaines différences essentielles par rapport au réseau local Ethernet commercial. First, the speeds we’re talking about for Industrial Ethernet are much lower than the gigabit and higher bandwidth needs we see in the LAN – around 100 Mb/s is the common speeds used in Industrial Ethernet. Cela est logique car la bande passante nécessaire pour envoyer des informations de contrôle et d'automatisation dans un réseau industriel ne représente qu'une fraction du débit nécessaire pour télécharger une vidéo à partir de YouTube.

Étant donné que les environnements industriels nécessitent des câbles et une connectivité qui doivent prendre en charge diverses conditions difficiles - vibrations, liquides, poussière, produits chimiques et interférences électromagnétiques - les composants sont plus robustes que ceux utilisés dans les réseaux locaux bureautiques. For example, while the cable may only need a Category 5 or Category 5e performance, industrial cables often feature a larger gauge (typically 22AWG) to accommodate higher temperatures, shielded construction for noise prevention, stranded conductors for flex and special jacketing materials like polyurethane for chemical, oil and abrasion resistance. Les conducteurs peuvent même être recouverts pour empêcher la corrosion. These characteristics yield a much higher price tag for Industrial Ethernet cables compared to everyday LAN cables.

Connectors used in Industrial Ethernet also need to be more robust. While features like sealing to keep out dust and moisture and chemical-resistant materials are available on ruggedized RJ45 connectors designed for use in industrial environments, M12 connectors are far more widely used in Industrial Ethernet due to their smaller circular form factor and 12mm locking thread that maintains a reliable connection even when exposed to shock and vibration. De plus, les connecteurs M12 sont généralement disponibles avec une gamme plus étendue d'options de protection contre la pénétration pour résister aux lavages à haute pression et à la corrosion.

Disponibles en configurations rectilignes et coudées pour une variété de connexions de machines, les connecteurs M12 les plus courants comportent 4 ou 8 broches. La configuration à 4 broches prend en charge les débits de 100 Mb/s rencontrés dans la plupart des applications Ethernet industrielles, tandis que la configuration à 8 broches est requise pour le Gigabit Ethernet qui utilise les quatre paires pour la transmission - cela vous semble-t-il familier ? En ce qui concerne la PoE, le M12 à 4 broches peut également uniquement prendre en charge la PoE de type 1 avec une alimentation continue délivrée simultanément avec les données sur les mêmes paires, tandis que le M12 à 8 broches est requis pour le type 2 et plus. Les assemblages de câbles M12 RJ45 sont également assez courants lorsqu'une seule extrémité du câble doit être connectée à la machine où les chocs et les vibrations sont présents.

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As Industrial Ethernet continues to expand, and standards bodies continue to develop standards to support it, Fluke Networks will keep you up to speed on how to test and certify these systems… see more Industrial Ethernet resources.

Connectors used in Industrial Ethernet also need to be more robust. While features like sealing to keep out dust and moisture and chemical-resistant materials are available on ruggedized RJ45 connectors designed for use in industrial environments, M12 connectors are far more widely used in Industrial Ethernet due to their smaller circular form factor and 12mm locking thread that maintains a reliable connection even when exposed to shock and vibration. De plus, les connecteurs M12 sont généralement disponibles avec une gamme plus étendue d'options de protection contre la pénétration pour résister aux lavages à haute pression et à la corrosion.

Disponibles en configurations rectilignes et coudées pour une variété de connexions de machines, les connecteurs M12 les plus courants comportent 4 ou 8 broches. La configuration à 4 broches prend en charge les débits de 100 Mb/s rencontrés dans la plupart des applications Ethernet industrielles, tandis que la configuration à 8 broches est requise pour le Gigabit Ethernet qui utilise les quatre paires pour la transmission - cela vous semble-t-il familier ? En ce qui concerne la PoE, le M12 à 4 broches peut également uniquement prendre en charge la PoE de type 1 avec une alimentation continue délivrée simultanément avec les données sur les mêmes paires, tandis que le M12 à 8 broches est requis pour le type 2 et plus. Les assemblages de câbles M12 RJ45 sont également assez courants lorsqu'une seule extrémité du câble doit être connectée à la machine où les chocs et les vibrations sont présents.

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