Des bus de terrain pour plus de communication et de performance

29 juillet 2011 Paru dans le N°343 à la page 75 ( mots)

Rédigé par : Corinne DRAULT-PEZARD

AS-Interface, Profibus® PA (DP), HART®, Fieldbus® Foundation (FF)? Arrivés sur le marché à la fin des années 1990, les bus de terrain contribuent à diminuer les coûts d'exploitation et de maintenance, et à augmenter considérablement la disponibilité des installations et leur productivité. L?offre est abondante. Certains sont devenus des standards de facto et continuent à évoluer. D?autres sont la propriété de quelques constructeurs. Dernières innovations, les protocoles Ethernet se positionnent comme les solutions de demain, même si l'offre en capteurs Ethernet reste très limitée.

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Le fonctionnement d'une usine de production d’eau potable ou de traitement des eaux usées repose sur de multiples opérations mécaniques ou physiques (décantation/floculation), qui nécessitent des départs moteurs, des permutations, des arrêts, des variations de la vitesse, mais aussi des opérations phy-

[Encart : Les solutions sans-fil : utiles dans certains cas Plusieurs sociétés proposent aujourd'hui des solutions sans-fil, basées ou non sur Ethernet, comme ABB, Rockwell Automation, Phoenix Contact, Prisma Automation, Weidmuller, OTB, Pilz, Sirea, Linus, Vega, etc. À noter que Fieldbus® Foundation développe actuellement sa technologie d'entrées et sorties déportées et sans-fil (WIO) qui permettra l'utilisation d'une infrastructure ouverte et interopérable d'automatisation des bus de terrain intégrant à la fois l'Ethernet haut débit des bus de terrain « Foundation » et des applications industrielles sans-fil. « Tout le monde s'accorde à dire qu'aucun industriel ne peut adopter le Wifi pour piloter un process », affirme Olivier Vallée. « Il s'agit toutefois d'un outil intéressant lorsque des données doivent être transmises à un abonné en mouvement. » Les solutions sans-fil sont également bien adaptées aux installations temporaires, ou isolées (sans électricité) ou lorsque l'accès aux instruments est particulièrement difficile. Dans la transmission sans-fil, plusieurs technologies ont fait leurs preuves telles que les liaisons Wifi, WirelessHart, mais aussi Zigbee®, Wavenis® de Coronis Systems, Bluetooth®, RFID, GSM/GPRS… etc., ou même maintenant par satellite avec les solutions Micro-VSAT telles que celles proposées par la société Satmos.]

physico-chimiques ou biologiques, telles que la mesure du débit, de la température, de la pression, du niveau ou de la concentration en oxygène dissous, etc.

Sur le terrain, l'instrumentation regroupe donc à la fois des capteurs (débitmètres, mesureurs de pression, etc.) pour le contrôle stricto-sensu et des organes impliqués dans les procédés (actionneurs de vannes, variateurs de vitesse, etc.).

Pour contrôler à distance tous ces équipements, jusqu’au début des années 1990, on utilisait des automates programmables équipés de cartes d'interface, pilotant des entrées/sorties selon une communication analogique (marche/arrêt). Chaque instrument était relié par deux câbles à un automate logé dans une armoire électrique. Résultat : cette solution, très centralisée, occasionnait l'installation

[Photo : Sur des sites plus étendus, il est souvent nécessaire de gérer un nombre de points importants et de prendre en compte les fonctions métier réparties (variation de vitesse, dialogue homme/machine, dosage…).]

[Photo : En proposant des têtes de station interchangeables sur la majorité des protocoles du marché, Wago propose l'exploitation des perspectives d'évolution sans être liées à un constructeur. Le Wago-I/O System possède l'un des plus large choix de protocoles et de bornes modulaires pour répondre aux besoins du sans fil (Wifi, Bluetooth, EnOcean…) ou de communication capteurs (Hart, Wireless Hart, Iolink).]

[Encart : Endress+Hauser ouvre les technologies de communication Système Rockwell, Emerson, Siemens, ABB, Yokogawa, Schneider Electric, etc. ? Pas de problème pour Endress+Hauser qui s'est doté d'un centre de tests et de compétences bus de terrain équipé d'un panel d’automates, de systèmes numériques de contrôle commande et de gestion des actifs des principaux fournisseurs du marché. « System World » supporte les standards de communication les plus usités dans l'industrie de process comme Hart®, WirelessHart®, Profibus® et Foundation Fieldbus®. Quinze ingénieurs systèmes et réseaux de communication numériques s’affairent à tester les capteurs et veillent à ce qu'ils s'intègrent et opèrent sur tous les systèmes tiers comme ceux ABB, Emerson, Rockwell Automation, Siemens, Yokogawa, Schneider Electric... Des tests d'interopérabilité, d'interchangeabilité et d’intégration sont réalisés pour chaque nouveau capteur mis sur le marché. Les essais d'interopérabilité garantissent que les instruments échangent et partagent des données entre eux en utilisant des moyens de transmission communs. Les essais d'interchangeabilité caractérisent l'aptitude du capteur Endress+Hauser à se substituer à un autre capteur tiers sans altérer les performances d'une chaîne de mesure ou d'une boucle de régulation. Enfin, le test d'intégration assure que l'utilisateur obtienne les meilleures performances du capteur Endress+Hauser sur un système tiers. System World a également été reconnu par divers organismes et accrédité Centre International de Compétence Profibus® par Profibus® International et Centre de Test DTM officiel par le FDT Group.]

d'une multitude de câbles sur le site et dans les armoires. En pratique, cela revenait à installer des kilomètres de fils, lorsque les stations comprenaient plus de cent capteurs, étendues sur plusieurs centaines de mètres. Une situation très fréquente.

L’arrivée des nouvelles technologies de l’information et de la communication (NTIC) a permis d’envisager le remplacement de tous ces câblages par des moyens de communication modernes au début des années 1990. C’est à cette époque que sont apparus les premiers bus de terrain, réseaux reposant sur l'utilisation de deux fils uniquement, courant le long du site, et permettant la communication entre les équipements de terrain, c’est-à-dire entre les capteurs, actionneurs « tout ou rien », les automates programmables, mais aussi les terminaux opérateurs ou les applications de supervision des procédés. Une avancée majeure avec « un accès à l’information multiplexée de façon cyclique », souligne Serge Catherineau, chef de produit marketing automates programmables chez Schneider Electric. Puis est arrivé l'avènement des instruments dits « intelligents », petits bijoux bourrés d’électronique permettant des contrôles préventifs sur les installations, ce qui n’était pas possible avec les automates d’ancienne génération qui fournissaient essentiellement des données sur le comportement des équipements (vanne ouverte ou fermée) et non sur leur état de fonctionnement interne (valeur du couple de l’arbre moteur d’une vanne). Bousculant les stratégies de contrôle des stations, tant pour les équipes d’exploitation que de maintenance, de production et de gestion, l'implantation de bus de terrain s'est alors énormément développée. Jusqu’à ce que, plus récemment, se profile la solution des bus Ethernet dont les temps d’accès ultra-rapide permettent de restituer des données en temps réel. Une configuration en pleine croissance dans le secteur de l'eau.

Des instruments intelligents dans les réseaux

Les premiers bus de terrain proposés reposaient sur des technologies maîtresse/esclave avec des échanges d'informations s’opérant sous la forme d'impulsions commandes. Certains protocoles de communication régissant ces bus (AS-Interface®, Profibus®, Modbus®, etc.) étaient « sous

[Encart : Texte : Seine-Grésillons : le choix du Wifi Construite par un groupement dont Stereau était le mandataire principal, l’usine d’épuration de Seine Grésillons, exploitée par le SIAAP, est un modèle d’automatisation intégrée. Pour permettre une exploitation en deux équipes sur 5 jours par semaine, l'usine de Seine Grésillons est gérée la nuit ainsi que le week-end par un réseau de 12 automates. Pour ceci, le SIAAP a décidé de jouer la carte de l'automatisation et c'est ETDE, filiale électricité et maintenance de Bouygues Construction, qui a assumé la charge de la conception et de la réalisation des lots électricité, automatismes et variation de vitesse (fournis par Rockwell Automation) et supervision de la nouvelle unité. Son système de supervision, le logiciel InTouch de Factory Systèmes, peut, pour la première fois dans le secteur de l’eau, être exploité aussi par Wifi sécurisé à partir d'ordinateurs portables. Fini les pupitres de commande ! Ce sont les PC qui permettent de réaliser les opérations d'exploitation. Parmi les avantages : l'exploitation se fait sur une interface unique de gestion de production. Elle est devenue plus cohérente, plus fiable, plus efficace. La première partie de l'usine implique plus de 4 500 E/S physiques et 25 000 variables, toutes intégrées sur des réseaux Ethernet industriels qui vont de la salle de commande aux entrées/sorties. Dix-sept points d’accès Wifi FL WLAN de Phoenix Contact assurent la couverture de ce site de 24 hectares. Ces équipements FL WLAN offrent un débit de 54 Mbits/s sur une portée de quelques centaines de mètres.]

[Encart : Texte : Trois Frontières : une station d’épuration 100 % Schneider Electric La station d'épuration des Trois Frontières (Haut-Rhin) construite par Sogea Est et inaugurée en juin 2010, est un exemple d’application d'automatisme high-tech. Elle comprend à la fois des architectures d’automatisme, de réseau, de contrôle-commande et de distribution électrique. « Du contrôle-commande jusqu’au départ moteur, en passant par les automates, les terminaux, les entrées/sorties, les variateurs de vitesse, etc., nous nous sommes appuyés sur des solutions Schneider Electric 100 % communicantes », précise William Deschaseaux, directeur technique de la société SAP2i, l’intégrateur du système. « Un choix qui abolit les distances et qui nous permet, depuis notre siège social à Dijon, de diagnostiquer d'éventuelles pannes, d’assister l'exploitant ou d'effectuer des modifications de programme afin de faire évoluer le process. De plus, nous avons réduit au maximum les choix de références pour standardiser l'installation, ce qui facilite d’autant les extensions ou aménagements futurs. » Les technologies développées par Schneider Electric ont permis à SAP2i de livrer à l'exploitant une installation homogène, fonctionnelle et modulaire. À peine achevée, la station d’épuration des Trois Frontières semble faire référence. Suite à une visite du site, Reims Métropole vient en effet d'opter pour une configuration d’automatismes similaire pour son usine de production d’eau potable.]

[Photo : Depuis quelques années, les bus de terrain s’imposent au milieu des équipements de terrain pour centraliser les données nécessaires à la conduite des procédés.]

[Photo : La famille des automates programmables CJ2 d’Omron prend en charge la plupart des technologies de réseau ouvert, qu’il s’agisse de la communication Ethernet, des communications série RS-232, RS-422, RS-485 et USB, des bus de terrain ouverts et des réseaux de contrôle d’axes rapides et précis.]

dominance”, autrement dit propres à un constructeur de matériel, comme Modbus (Schneider Electric), Profibus (Siemens) et Devicenet (Rockwell Automation), d’autres standards et donc compatibles avec des équipements d'origine hétérogène comme le protocole Hart ou le Fieldbus Foundation (poussé par Emerson).

[Encart : Une passerelle transparente Ethernet/série haute performance La passerelle Ethernet eWON assure une véritable fonction de passerelle transparente. Il n’existe pas de “database intermédiaire”, ce qui permet à l'exploitant d’accéder à l'ensemble de la zone mémoire de ses équipements, sans configuration. Cette passerelle, configurable multi-protocoles, interroge les équipements à des temps définis et publie les données en ModBus TCP ou SNMP. De plus, eWON peut surveiller ces valeurs et envoyer des alarmes par email ou trap SNMP. Elle est programmable à l'aide de scripts en langage Basic : en quelques lignes, les appareils ASCII deviennent accessibles à partir des postes informatiques (OPC, Scada, …). Elle est compatible avec les API et matériels Schneider Electric, Wago, Siemens, Omron, etc.]

[Encart : départ, leur vocation était de réduire les problématiques des câblages : encombrement, coût et temps d’installation, etc », rappelle Serge Catherineau. « C’est pourquoi leur implantation a surtout été réalisée dans les années 1990 sur des sites vastes, équipés d’instruments nombreux, les portées des réseaux pouvant aller jusqu’à 1 à 2 km ».]

Tournant décisif en 2000, les technologies internet ont indirectement contribué à faire évoluer le marché. L'intelligence a commencé à se déplacer des automates vers les instruments, entraînant un véritable bouleversement dans le contrôle des procédés. De fait, avec un capteur de pression classique (de transmission analogique 4-20 mA), la régulation se faisait jusqu’alors via un transmetteur depuis l'automate de régulation. En cas de rupture d’alimentation électrique, de rupture de câblage ou de dysfonctionnement de l'automate, la régulation était interrompue. Avec un capteur dit “intelligent” (de transmission numérique), la boucle de régulation est intégrée à l'instrument. Le capteur est “actif” et assure le maintien de la régulation, même en cas de problème. Progrès capital. D'emblée, les installations des bus de terrain se sont considérablement multipliées en France avec la mise à disposition des instruments dits “intelligents”, c’est-à-dire communicants avec l’automate via l'interface de carte de communication numérique. Créée en 2005, l’association « Bus de terrain FF France » a pour objectif la promotion de la technologie Foundation Fieldbus® et regroupe les principaux fournisseurs de système de contrôle de process, capteurs, actionneurs et modules d’architecture (interfaçage, connexion, alimentation, diagnostic) tels que ABB, Endress+Hauser, Pepperl+Fuchs, MTL Instruments, Rockwell Automation, Schneider Electric, Yokogawa, Vega, Burkert, Siemens Process Instruments Milltronics, Emerson Process Management ou encore Krohne.

Ce qui n'empêche pas nombre d’entre eux de concevoir des équipements capables de s'interfacer avec différents bus : Yokogawa, Burkert, (Profibus PA), Jumo (Profibus PA, LON®).

Mont-de-Marsan : le choix du satellite

Pour la surveillance de son service de distribution d'eau potable, la Régie des eaux de Mont-de-Marsan a misé sur les communications par satellite proposées par la société Satmos, plutôt qu’aux lignes filaires ou hertziennes. La télégestion se pratique depuis une bonne vingtaine d’années, par des appels téléphoniques pour transmettre des données ou des alertes, tout cela étant transmis par des automates puis traité sur informatique par des logiciels spécialisés. Mais en cas d’intempéries, comme celles créées par la tempête Klaus, les pannes qui surviennent peuvent être difficiles à réparer en urgence. Et même en temps normal, ce mode de communication peut être perturbé dans des milieux résineux tels que ceux des Landes. De plus, la programmation de l'automate du château d'eau nécessite de faire un pooling sur chaque site, ce qui fait perdre la réactivité du temps réel. Enfin, les sites esclaves (un ensemble de six forages) ne seraient plus accessibles directement depuis le superviseur. Proposant des adresses IP fixes (et privées), fonctionnant sous TCP/IP (ou UDP), assurant un lien permanent, simples à installer, il n'y a pas eu de surcoût sur la télégestion des sites. Les automates présents (PERAX P400xi) ayant une connexion IP en natif et la solution satellite permettant d’assurer une communication entre tous les sites de façon croisée grâce au Modbus IP.

[Photo : L’offre sans-fil d’Endress+Hauser est basée sur la technologie WirelessHART développée par l’association Hart Communication Foundation (HCF).]

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Chez Krohne, des interfaces ouvertes et normalisées telles que Hart, Profibus et Foundation Fieldbus ouvrent la voie à des concepts d’installation qui permettent l’interaction harmonieuse de produits de différentes marques.

Modbus®, CANopen®, ABB (Hart®, Profibus®), Gemi, ou Endress+Hauser qui propose l’une des gammes les plus complètes en instrumentation compatible bus de terrain accompagnée des prestations projets (Foundation Fieldbus®, Profibus®, Hart®...), l’enjeu étant de proposer les protocoles capables de répondre aux différents environnements des stations.

[Encart : DART Fieldbus : du nouveau en matière de sécurité intrinsèque Pepperl+Fuchs introduit la technologie DART (Dynamic Arc Recognition and Termination) au sein de la gamme de bus de terrain FieldConnex. La technologie DART est une méthode de protection dynamique qui autorise des niveaux d’énergie très importants tout en étant compatible avec la sécurité intrinsèque. Jusqu’à présent, les solutions en sécurité intrinsèque incluaient les notions d’Entity et FISCO. Cela permettait aux utilisateurs de raccorder plusieurs appareils à une seule alimentation de segment du bus de terrain, mais la puissance disponible restait limitée et la longueur dessegments contrainte, forçant les utilisateurs à concevoir des topologies complexes avec de multiples branches. La justification du coût réduit d’un bus de terrain pouvait alors être remise en cause. Plus récemment, la venue du concept à forte puissance intrinsèque (High-Power Trunk) a offert la possibilité d’avoir une installation en zone dangereuse avec une puissance conséquente au niveau du segment tout en maintenant la sécurité intrinsèque sur les appareils de terrain. DART Fieldbus constitue une nouvelle étape révolutionnaire dans l’évolution de la sécurité intrinsèque en éliminant le problème de la puissance échappée grâce à une approche innovante de limitation de l’énergie. Il autorise une puissance considérablement plus élevée : DART stoppe le circuit électrique en quelques millisecondes, avant même que la température d’une étincelle soit suffisante pour provoquer une inflammation, puis retourne automatiquement à la normale. DART Fieldbus permet d’avoir un tronc d’une longueur jusqu’à 1 000 m. Les branches (spurs), quant à elles, peuvent atteindre 200 m pour un total de 1 900 m maximum par segment. DART pour bus de terrain accepte jusqu’à 32 appareils, soit le maximum permis par les spécifications des bus de terrain. Ces caractéristiques dimensionnelles permettent de réduire les coûts d’une infrastructure excessive. Le nombre plus élevé d’appareils par segment élimine le problème d’avoir une topologie réseau complexe avec de nombreux segments, chacun nécessitant sa propre alimentation, des boîtes de jonction et des barrières.]

Des protocoles choisis en fonction des besoins

Par exemple, le langage AS-I est surtout indiqué lorsque le nombre d’informations à transmettre est faible ; Modbus® en liaison série peut être utilisé pour le contrôle du process, tandis que Profibus PA (Process FieldBus Process Automation) et Fieldbus Foundation (FF), spécifiés dans la norme IEC 61158 et nés d’une coopération mondiale regroupant des utilisateurs et des sociétés majeures du secteur de l’automatisation, sont plutôt adaptés aux instruments de terrain (non Tout ou Rien). Contrairement au bus Fieldbus Foundation, Profibus® PA permet l’ouverture à tous les autres périphériques existants sur Profibus® DP (périphérie décentralisée). Avec ses E/S analogiques Hart® sur DP, l’instrumentation est communicante selon le protocole standard de communication Hart® et devient capable d’aller chercher des paramètres au niveau des instruments de terrain et de modifier ces paramètres, tout comme pour les nombreux périphériques que l’on trouve sur Profibus® DP et nécessaires dans le traitement de l’eau, comme les enregistreurs, variateurs de vitesse et les relais de contrôle des moteurs de pompes.

À titre d’exemple, la station d’épuration de Campo Dell’Oro, à Ajaccio, actuellement en construction, sera équipée d’une cinquantaine de capteurs et instruments de mesure en réseau Profibus® DP et d’une quarantaine en réseau Profibus® PA.

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Les systèmes d’entraînement s’ouvrent aux nouvelles exigences industrielles en matière de communication

Aujourd’hui, pour tout mouvement mécanique de translation ou de rotation, une motorisation électrique s'impose. Celle-ci est maintenant presque toujours associée à un variateur de vitesse électronique. Intelligente et autonome, cette technologie ouvre les systèmes d’entraînement aux nouvelles exigences industrielles en matière de communication pour le management du contrôle/commande.

L’automatisation grandissante des process impose d’avoir toujours plus de données échangées, toujours plus d'informations en temps réel pour réagir au plus vite et pour garantir le besoin de production.

Leroy-Somer propose une gamme complète de motorisations (asynchrones et synchrones à aimants permanents et servomoteurs) et un vaste choix de variateurs : Proxidrive, Digidrive SK, Varmeca, Unidrive SP, Powerdrive, Digitax ST. Par leur compacité et leur haut degré d’intégration, ces solutions sont en adéquation avec les exigences fortes de la mécatronique et des machines hautes performances et ultra communicantes. L’intelligence embarquée des variateurs Leroy-Somer permet l’économie d’un système de gestion automatisé externe. Les variateurs assurent donc un fonctionnement autonome et peuvent intégrer, si besoin, un contrôleur de mouvements. Le médium de communication associé à cette configuration permet d’échanger les données essentielles et vitales avec des Automates Programmables Industriels (API) ou des interfaces Homme/Machine (IHM).

De leur côté, les réseaux disponibles offrent des possibilités pour diverses topologies de mise en réseau avec les composants d’automatismes. Ils permettent d’effectuer le transfert de données inter-variateurs. Les échanges de données peuvent être orientés selon les applications par des communications asynchrones ou cycliques. Le fonctionnement déterministe peut être assuré par des synchronisations externes ou en fonction des horloges internes variateurs.

L’interfaçage avec les éléments d’automatismes est possible grâce aux modules bus de terrain intégrés dans l’ensemble des variateurs Leroy-Somer. Cette flexibilité de configuration hardware permet une offre universelle de commande avec les principaux protocoles standards dans l’industrie comme Profibus DP, Ethernet TCP/IP, CANopen, EtherNet/IP, DeviceNet, Interbus, SERCos, EtherCAT, Profinet et CTNet.

La configuration software des échanges de données est finalement réalisable via un logiciel convivial et via un paramétrage au clavier. Les architectures sont ainsi facilement optimisées et présentent une grande évolutivité pour répondre aux changements rapides de gammes de production et aux développements de nouveaux procédés industriels.

Une mesure de DCO en ligne sera installée, signale Fabrice Balmer, Responsable Technique chez Vinci Environnement. « Cette information sera utilisée pour réguler les besoins en air du traitement biologique R3F®, procédé Vinci Environnement, mis en œuvre sur la station. Pour une régulation efficace, la justesse de la mesure est primordiale et ne peut être garantie qu’avec une maintenance efficace du capteur. Avec les capteurs numériques, beaucoup d’informations sont désormais disponibles permettant à l’exploitant de réagir rapidement, de manière ciblée et de garantir un fonctionnement optimum de l’unité de traitement ». Pour l’architecture numérique et les régulations, Vinci Environnement a associé ses compétences du process eau à celles d’Endress+Hauser et celles d’Actemium (Vinci Energies) expert en Électricité/Automatisme-Régulation/acquisition de données.

Si les protocoles Profibus® et Fieldbus® Foundation sont adaptés au domaine de la régulation, le langage Hart® (Highway Addressable Remote Transducer) tient de son côté une place prépondérante pour les contrôles process, détenant 80 % des parts du marché dans le domaine des bus d’instrumentation.

Ce protocole peut notamment être choisi sur une station de mesure d’oxygène dissous. Hart® permet en effet d’établir un diagnostic non seulement sur l’état de fonctionnement des capteurs (normal ou défectueux) mais aussi sur leur niveau d’usure. Il permet aussi de transmettre d’autres paramètres comme l’étendue de mesure ou l’étalonnage. « La particularité du protocole Hart® est d’utiliser une modulation de bas niveau, superposée au signal de mesures dans la boucle de courant au standard 4-20 mA », indique Olivier Vallée, chez Rockwell Automation. En raison de la faiblesse du signal Hart® et de sa composition en ondes sinusoïdales, sa valeur moyenne est nulle et n’affecte pas de manière significative la précision du signal analogique. « Le câblage est toujours filaire. Mais au-dessus de ce bus il y a une modulation de fréquence qui permet d’envoyer des informations numériques. »

À noter que Hart® a été choisi dernièrement comme réseau d’instrumentation sur la station d’épuration de Bruxelles Nord, l’une des plus importantes stations d’épuration d’Europe, avec une capacité de 1,1 M E.H. Sa construction et son exploitation ont été attribuées à Aquiris, une société franco-belge dont le leader est Veolia Eau. Rockwell a été retenu pour l’automatisme et Endress+Hauser a remporté le lot capteurs. Un succès stratégique pour Rockwell Automation et Endress+Hauser, qui, dès 2004, ont conclu un partenariat pour consolider leur offre et proposer des solutions complètes (appareils de mesure et plateforme de communication). L’usine est un modèle en matière d’automatismes. Elle comprend 43 automates, 12 800 Entrées/Sorties locales ou déportées (analogiques en local et logiques en déportées). Plus de 700 instruments (Endress+Hauser) sont en communication Hart. Côté réseaux, 22 sont en Modbus®, 6 en Profibus® DP. De nombreux réseaux Ethernet (DeviceNet®) ont également été installés.

Au côté des bus de terrain, le câblage de commande des équipements électriques devient communicant. Il est alors une nouvelle source de performance et d’économie.

Du bureau d’étude à la maintenance, les différents intervenants sont à la recherche constante de l’équilibre entre développement des fonctionnalités et réduction des coûts.

[Encart : texte : Créer facilement et rapidement le câblage de commande des constituants électrotechniques au bus de terrain Au-delà des bus de terrain, le câblage de commande des équipements électriques devient communicant et il est donc une nouvelle source de performance et d’économie. Du bureau d’étude à la maintenance, les différents intervenants sont à la recherche constante de l’équilibre entre développement des fonctionnalités et réduction des coûts. La solution SmartWire-DT permet de créer facilement et rapidement le câblage de commande des constituants électrotechniques au bus de terrain. Appliquée sur appareillage standard tels que les départs moteurs, les contacteurs, les disjoncteurs, les auxiliaires de commandes et les démarreurs, la technologie SmartWire prend en charge les fonctions de commande et les retours d’informations (états, courant moteur, pré-information de surcharge, ...). Ces informations, récupérées par connexion directe des appareils au câble plat du système, sont traitées par l’automatisme, via une interface SmartWire intégrée ou via une passerelle pour bus de terrain (Profibus DP, CANopen, Ethernet). La valeur ajoutée est présente tout le long de la vie de l’équipement, de l’investissement de départ à l’exploitation et à la maintenance. – Gain de temps au niveau de l’étude et optimisation du coût des constituants (réduction des entrées-sorties locales, place libérée par la forte réduction des torons de commande) ; – Réalisation et câblage facilités, tests et mise en service maîtrisés ; – Transparence des données et information préventive pour l’exploitation et la maintenance ; – Extension préparée grâce au gain de place réalisé. La technologie SmartWire s’adapte particulièrement au domaine de l’eau, largement doté en départs moteur. Détecter préventivement une surconsommation électrique d’une pompe, connaître l’origine d’un déclenchement, réaliser des commandes locales mais aussi connaître en temps réel les calibres et les réglages de l’appareillage, ... ]

[Encart : Réduire et simplifier vos stations d’automatisme en zone 1 ATEX Le concept AirLine Exi de Bürkert offre désormais une solution d’automatisme complète en Bus de terrain en zone ATEX 1. Ces stations sont totalement intégrables aux stations SIEMENS ET200ISP. La combinaison de modules Entrées/Sorties digitales et analogiques Exi et de modules pneumatiques Exi permet une totale liberté et une importante réduction des coûts aussi bien pour la mise en œuvre que dans le suivi de la maintenance. De plus, pour la commande d’actionneur simple effet, l’utilisation d’électro-distributeurs double 3/2 permet une optimisation maximale des stations et aussi une diminution de la taille des armoires. La station 8650-ET-200iSP offre des atouts pour une disponibilité élevée : – Diagnostic/Maintenance via le BUS ; – Possibilité de système Profibus-DP redondant, ainsi que l’alimentation ; – Électro-distributeurs SIL 2 en standard ; – Débrochage/embrochage « à chaud » des modules électroniques et pneumatiques ; – Modification du paramétrage des modules en service ; – Flexibilité des stations par rajout de fonction sans recertification ; – Documentation simplifiée sur carte SD. L’offre Bürkert ne se limite plus à la fourniture de composants seuls. Dans l’optique d’une offre globale et de l’assurance de la bonne conformité aux normes ATEX, ces stations peuvent être intégrées dans des coffrets de protection. Une certification de réalisation d’ensemble, obligatoire pour la zone 1, qui évite toutes démarches de validation aux clients, sera fournie avec le dossier technique.]

DeviceNet™ représente une avancée cruciale en matière de bus de terrain.

L’essor des bus Ethernet

Si l’implantation des protocoles Profibus PA et DP, Hart et Fieldbus Foundation a permis d’importants progrès en automatisme, l’avènement d’Ethernet a bousculé l’univers des réseaux dans les années 2000. Et pour cause, ce protocole de réseau local présente deux immenses avantages : sa performance et sa non-configuration. « Ethernet permet d’utiliser les moyens de communications modernes (satellite, téléphonie portable très demandée pour les astreintes dans le domaine de l’eau, etc.), de transporter des volumes de données très importants. Mais surtout ses performances en termes de réseaux sont si impressionnantes. Il offre des temps d’accès très rapides pouvant aller jusqu’à 100 Mbit/s alors que le réseau Hart, par exemple, garantit un temps d’accès de 9 600 bit/s. Cela signifie quasiment la donnée en temps réel. Un aspect crucial pour faire du diagnostic ou de la régulation à distance », considère Olivier Vallée.

Autre avantage indéniable : « Contrairement au Profibus PA, l’installation d’Ethernet se fait sans logiciel de configuration. Pas besoin d’expertise en informatique pour mettre en route ce réseau. En revanche, la valeur ajoutée du réseau Ethernet repose sur sa performance et la simplification des architectures d’automatisme par la non-multiplication des réseaux. »

Conscients de l’intérêt de cette technologie, les principaux acteurs mondiaux ont cherché à développer ces cinq dernières années leurs systèmes Ethernet. Certains ont maintenu leur stratégie « propriétaire » comme Siemens, leader mondial dans l’automatisme avec Profinet. D’autres n’ont pas jugé que les réseaux propriétaires étaient une piste d’avenir. C’est le cas notamment de Schneider Electric et Rockwell Automation dont les dispositifs (Modbus TCP et DeviceNet)…

[Encart : La série IR700 de routeurs GPRS/EDGE/3G de QL3D est composée de routeurs cellulaires M2M industriels s’installant sur un rail DIN, fonctionnant sur les réseaux 2G/3G. La série R200 est adaptée pour les applications distantes nécessitant un lien fiable et sans problématique de câblage. Elle supporte les protocoles OpenVPN, PPTP, L2TP, GRE, tunnel VPN IPSec et permet donc une haute sécurité réseau. Ce type de routeur permet de récupérer, en temps réel, les informations d’automates Ethernet ou encore Modbus série d’un site éloigné. De plus, la série IR700 peut être utilisée comme lien de secours, en cas de coupure du réseau filaire principal.]

[Encart : Un système de communication radio sécurisé qui répond aux besoins industriels Pilz a développé un système radio, InduraNET p (Industrial Radio Network), qui tient compte des besoins des environnements industriels. Les utilisateurs profitent d’une souplesse améliorée et peuvent réaliser des applications mobiles qui ne pourraient pas l’être au moyen de câbles, sauf de manière lourde et coûteuse. L’une des caractéristiques particulières de InduraNET p est son système innovant d’antennes utilisant le principe de diversité, qui permet d’assurer une communication radio de qualité constante dans toutes les conditions d’utilisation. En outre, une gestion intelligente des fréquences permet la coexistence avec d’autres systèmes radio. La première étape de développement de InduraNET p est disponible pour la plateforme de commande décentralisée PSSuniversal. En combinaison avec InduraNET p, la plate-forme de commande décentralisée PSSuniversal peut être utilisée là où les systèmes de câblage sont limités ou lorsque les supports de transmission comme les chaînes porte-câbles ou les collecteurs tournants ne représentent pas une solution économique en utilisation permanente. Le système de communication sans fil InduraNET p peut coexister avec d’autres services radio dans la bande ISM 2,4 GHz. La puissance maximale émise par le système en haute fréquence est limitée à 100 mW. La plateforme de commande décentralisée PSSuniversal peut se voir adjoindre jusqu’à 64 modules d’entrées et de sorties. Ces modules peuvent être exploités à distance du système de base, par l’intermédiaire de InduraNET p. Une station de base peut communiquer avec un maximum de quatre stations distantes. Contrairement au système radio Bluetooth, InduraNET p n’influence aucun autre système radio industriel, grâce à sa gestion intelligente des fréquences. Outre les mécanismes de protocoles, le mécanisme d’accès « Listen before talk » assure que le canal radio est effectivement disponible et n’est pas utilisé par d’autres services radio. InduraNET p se caractérise par une forte immunité aux signaux d’autres services radio tels que DECT, UMTS ou GSM, ce qui assure une bonne disponibilité du système. Les antennes spéciales compactes permettent une communication efficace par radio malgré de fortes réflexions et des conditions de diffusion des ondes radio en évolution permanente. Tous les systèmes de transmission par contact sont limités à des mouvements linéaires ou de rotation. InduraNET p permet des déplacements dans les trois directions spatiales.]

[Photo : Westermo propose des solutions innovantes avec une famille de « prolongateurs Ethernet » permettant de faire migrer les installations sur Ethernet sur des distances jusqu'à 13 km en utilisant tous les anciens câbles. Une paire cuivre quelconque (jusqu'à 13 km) est nécessaire pour réaliser une connexion Ethernet point à point, multipoint ou bien constituer un anneau redondant.]

sont compatibles avec les technologies de réseau basées sur le Common Industrial Protocol (Ethernet IP). Ce protocole standard Ethernet non modifié créé en 2001 a été conçu par l’association internationale l'ODVA (Open Device Vendor Association), comptant parmi ses membres Rockwell Automation et Schneider Electric, leader en France sur le marché des bus de terrain. « Nos clients veulent pouvoir choisir leurs équipements comme ils l’entendent sans être dépendants d’un réseau. Ils veulent de l’interopérabilité et l’intégration facile des systèmes dans les stations. La concurrence doit se jouer sur les produits et non sur les protocoles de communication » souligne Serge Catherienna.

Westermo, présent dans le domaine de l'eau depuis de nombreuses années, propose de nombreuses solutions basées sur Ethernet. Jusqu’à ces dernières années, les modems industriels (RTC/LS/LP) permettaient de transmettre des communications sur liaisons séries (RS232/RS485) sur des distances importantes (20 km pour lignes privées, illimitées pour le RTC ou les lignes spécialisées) et couvraient les besoins de ce domaine. La demande des exploitants d’usines de production d’eau potable ou de stations d’épuration, de migration des anciennes installations sur Ethernet est maintenant considérable. « Le mot d’ordre est que cela doit se faire “en douceur” et avec un minimum d’investissement » souligne Olivier Bughin, Managing Director chez Westermo.

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« Cette demande est appuyée par le fait que les réseaux Ethernet sont déjà implémentés au niveau de la direction informatique et que les besoins de communication entre “les deux mondes” sont grandissants ». La limitation des 100 mètres pour les câbles Ethernet est un frein important à ce besoin et l'installation de fibres optiques pour pallier cette faiblesse est souvent d’un coût prohibitif.

Or, sur ces sites, où les distances sont très grandes, il existe déjà de nombreux câbles (paires cuivres) installés (RS-422/485, câbles téléphoniques privés, bus de terrain Profibus-DP, DF1, Modbus+, Fipway, câbles d’instrumentation...). Westermo propose des solutions innovantes avec une famille de prolongateurs Ethernet permettant de faire migrer les installations sur Ethernet sur des distances jusqu'à 13 km en utilisant tous les anciens câbles. Une paire cuivre quelconque (jusqu'à 13 km) est nécessaire pour réaliser une connexion Ethernet point à point, multipoint ou bien constituer un anneau redondant. « Par ailleurs, certains de nos produits permettent de “mixer” des équipements anciens en liaison série avec les nouveaux automates sur Ethernet ou bien de migrer en douceur de l'un à l'autre tout en utilisant une seule paire cuivre sur des grandes distances », précise Olivier Bughin.

Une autre tendance forte du marché est d’interconnecter tous ces sites éparpillés sur des départements ou des régions en faisant appel à des solutions de type ADSL/3G/VPN. En général, l'opérateur propose un réseau ADSL/3G/VPN privé à son client (Westermo peut aussi proposer les mêmes solutions sur le réseau public), mais la difficulté est que le plan d’adressage IP fixé par les directions informatiques ne correspond pas à ce qui existe sur le terrain. Il peut même y avoir plusieurs sites qui possèdent les mêmes adresses réseaux. Westermo s'est spécialisé dans la proposition de solutions permettant de connecter ces différents sites entre eux, sans avoir à modifier les plans d’adressage IP existants chez les exploitants des différents sites et sans avoir à arrêter l'installation.

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