Tout sur les réseaux PROFIBUS et leur mode d'utilisation avec des services IIoT
En bref
- L'idée de cet article est de fournir les informations nécessaires concernant les réseaux PROFIBUS.
- Nous présentons les types de PROFIBUS, leur mode de fonctionnement ainsi que la différence entre PROFIBUS et PROFINET, et expliquons comment mettre en œuvre l'IIoT dans une solution PROFIBUS.
- Après avoir lu l'article, vous aurez toutes les clés pour améliorer votre réseau. Et même si vous n'avez pas de réseau, vous disposerez de toutes les informations essentielles pour en préparer l'introduction dans votre usine.
- Il est également important de préciser que la communauté d'utilisateurs PROFIBUS grandit chaque jour. Le groupe d'intérêt responsable du protocole réalise un excellent travail, faisant connaître le nom PROFIBUS partout où il se rend.
- Examinons de plus près ce protocole et voyons comment l'utiliser avec les services IIoT pour permettre à vos appareils de terrain et votre réseau de fournir des performances optimales.
Qu'est-ce que PROFIBUS ?
PROFIBUS est un réseau numérique responsable de la communication entre les capteurs de terrain et le système de commande ou les contrôleurs. L'idée initiale lors de son développement était la mise en œuvre de solutions PROFIBUS dans les secteurs de l'automatisation industrielle, puis dans les industries de process, la fabrication, etc.
Au tout début, le groupe d'intérêt a développé PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification). Un protocole complexe qui n'est plus utilisé de nos jours. Il a ensuite travaillé à la création du protocole PROFIBUS DP (Decentralised Peripherals) avant de lancer PROFIBUS PA (Process Automation) en 1998.
Aujourd'hui, lorsque nous parlons de PROFIBUS, nous avons PROFIBUS DP et PROFIBUS PA. Le groupe a également développé PROFINET, basé sur la communication Ethernet et déjà mis en œuvre dans de nombreux domaines et applications différents.
Quels sont les types de PROFIBUS ?
Comme indiqué précédemment, vous trouverez sur le marché PROFIBUS DP et PROFIBUS PA. Voyons maintenant comment fonctionnent PROFIBUS DP et PA et dans quelles applications ils sont le plus fréquemment utilisés.
Qu'est-ce que Profibus DP ?
Le réseau PROFIBUS DP a été développé comme solution rapide sur la base d'une couche physique RS485 et de la norme européenne EN-50170. La couche physique ne doit pas nécessairement être en cuivre – vous avez également le choix entre sans-fil et fibre optique. PROFIBUS DP correspond à Decentralized Periphery (périphérie décentralisée). Ce nom fait référence aux connexions E/S qui utilisent une communication série à haut débit entièrement décentralisée pour se connecter à un contrôleur central.
Il convient également de préciser que le protocole PROFIBUS DP est basé sur le modèle Open System Interconnexion (OSI), défini par la norme ISO 7498, et que chaque couche de protocole a des tâches définies. Le réseau PROFIBUS DP est un réseau à passage de jeton multi-maître – c'est-à-dire que quand il y a deux maîtres ou plus dans le système, un jeton donnant le droit de communiquer avec les appareils de terrain circule de maître en maître, chacun obtenant une part du temps de communication.
Il existe deux classes de maître. Le maître de classe 01 communique des informations cycliques pour assurer la commande du process. Le maître de classe 02 (en option) communique des informations acycliques et s'utilise pour le diagnostic, les alarmes et la configuration des appareils. Pour ce qui est de la vitesse, le réseau fonctionne à 9,6 Kbits/s et atteint jusqu'à 12 Mbits/s dans un système de 100 à 1 000 mètres. En ce qui concerne la topologie, les réseaux PROFIBUS DP sont linéaires. Vous utilisez des passerelles, des répéteurs et des terminateurs. Enfin, les réseaux DP peuvent avoir un profil ProfiSafe et être utilisés dans des applications de sécurité SIL3.
Qu'est-ce que Profibus PA ?
Au départ, le développement du protocole PROFIBUS PA s'inscrit dans l'évolution de la communication HART. Il est destiné aux applications de terrain qui nécessitent une communication entre des instruments de mesure et le système de commande. PROFIBUS PA utilise des paires torsadées blindées pour l'alimentation et la communication. La structure physique du réseau est conforme à la norme CEI-61158-2 et son débit de données s'élève à 31,25 Kbits/s. Ceci le rend pratiquement identique à FOUNDATION Fieldbus H1 – tous deux reposent sur la même norme.
Au moment du développement, 31,25 Kbits/s étaient suffisants (et le sont aujourd'hui encore) pour le type d'informations envoyées et reçues par les instruments de terrain. Les appareils PROFIBUS PA ne sont pas connectés directement au contrôleur. Situé dans le réseau PROFIBUS DP, plus rapide, celui-ci est accessible via un coupleur ou un connecteur. Le coupleur/connecteur agit comme une interface réseau et alimente le bus en courant.
Les appareils PROFIBUS PA ne sont pas connectés directement au contrôleur. Situé dans le réseau PROFIBUS DP, plus rapide, celui-ci est accessible via un coupleur ou un connecteur. Le coupleur/connecteur agit comme une interface réseau et alimente le bus en courant. Le grand avantage des réseaux PA est qu'ils se prêtent à la sécurité intrinsèque. Cela signifie que les instruments qui y sont connectés peuvent fonctionner en zone explosible.
Normalement, il y a moins d'appareils sur un bus à sécurité intrinsèque en comparaison avec un réseau conventionnel. Ceci dépend néanmoins de plusieurs facteurs qui déterminent le nombre optimal d'appareils pour chaque bus. Il s'agit par exemple du courant consommé par l'instrument, de la longueur du bus, du type de câble, etc.
Qu'est-ce que PROFINET?
Il est important de préciser que ce chapitre n'aborde pas en détail PROFINET, car même s'il est également géré par le groupe d'intérêt PROFIBUS, il s'agit d'un protocole différent.
On peut dire que PROFINET peut être considéré comme une évolution du protocole PROFIBUS. Les acteurs du secteur industriel aiment aujourd'hui utiliser des protocoles basés sur Ethernet (IEEE 802.3) et le modèle OSI. PROFINET peut être appliqué de la commande à la communication sur le terrain. Il permet de mettre en place un réseau vertical uniforme et introduit tous les avantages de l'informatique dans les espaces de production des entreprises.
Vous pouvez déjà trouver de nombreux fabricants qui proposent des instruments de terrain utilisant un protocole Ethernet natif. Autre avantage concernant sa mise en œuvre : ce type de protocole est facile à mettre en place car il utilise un modèle bien connu, avec de faibles coûts d'infrastructure. PROFINET ne doit pas être confondu avec PROFIBUS Ethernet ! PROFINET est un standard ouvert basé sur Ethernet et une évolution du protocole PROFIBUS.
Un avantage significatif de PROFINET réside dans sa coexistence latente avec TCP/IP, qui ajoute des avantages substantiels. Tous les appareils sont connectés à un réseau unique où sont assurés la commande, le diagnostic, etc. Des passerelles ne sont normalement pas nécessaires. Le standard permet différentes topologies de réseau, par exemple en anneau, linéaire, en arbre ou en étoile, etc. PROFINET fonctionne à des vitesses atteignant jusqu'à 1000 mégabits par seconde et les câbles peuvent avoir une longueur de 100 mètres. De par son fonctionnement à haut débit, son temps de réponse est inférieur à 1 milliseconde.
Quelle est la différence entre PROFIBUS et PROFINET ?
PROFIBUS est un protocole de communication numérique traditionnel et bien connu, mis en œuvre dans différents secteurs et applications. Ce protocole est basé sur la communication série et a procuré de nombreux avantages à l'industrie.
PROFINET est un protocole basé sur Ethernet Industriel. PROFINET prend en charge une communication plus rapide et offre également plus de bande passante. Cela signifie qu'un message échangé sur le réseau PROFINET peut contenir beaucoup plus d'informations qu'un message sur PROFIBUS.
Vous trouverez ci-dessous un tableau de PROFIBUS International établissant une comparaison entre les deux options :
En fin de compte, il s'agit de l'une des meilleures solutions disponibles. Il reste néanmoins primordial de déterminer les exigences de l'application concernée afin de mettre en œuvre le protocole de communication optimal dans l'usine.
Qu'est-ce que PROFIBUS and PROFINET International ?
PROFIBUS and PROFINET International est une grande communauté d'automatisation présente dans différentes régions du monde. Elle est responsable de PROFIBUS et PROFINET, deux des protocoles de communication les mieux adaptés proposés sur le marché. L'organisation essaie de réduire les disparités de connaissance des protocoles de terrain dans différents secteurs. Elle organise des événements pour parler de la technologie et apporter des connaissances aux utilisateurs finaux.
Comment utiliser des services IIoT dans un réseau PROFIBUS ?
Certains utilisateurs de PROFIBUS mettent en œuvre le réseau sous forme de système 4–20 mA. Mais il est possible d'utiliser les données du réseau pour comprendre la situation et agir avant qu'un incident se produise.
La surveillance d'état traditionnelle peut être assez complexe dans certains cas. Cependant, les services IIoT facilitent désormais la surveillance de l'état des appareils et offrent un accès rapide aux informations des bases de données et aux documents, même à distance.
Pour collecter les informations de diagnostic et d'état sur le terrain, il faut disposer d'une passerelle dite de terrain. La Fieldgate SFG500 en offre un bon exemple. Elle fonctionne comme un maître DP de classe 02, collectant toutes les données de vos appareils de terrain. La Fieldgate est ensuite connectée à un dispositif périphérique tel que le FieldEdge SGC500.
Toutes les informations provenant des appareils sont transférées vers le cloud à l'aide d'un environnement sécurisé. Vous pouvez ici utiliser différents types de services IIoT, comme Netilion Health, pour surveiller l'état de vos appareils de terrain.
Vous pouvez parallèlement utiliser Netilion Library pour organiser toute la documentation concernant vos appareils de terrain, telle que manuels techniques, rapports d'étalonnage, etc.
Enfin, vous avez un meilleur contrôle du parc installé. Avec le dispositif périphérique, Netilion Analytics crée un jumeau numérique de votre appareil et fournit alors toutes les informations concernant le parc installé, telles que le type de dispositifs, les fournisseurs, la criticité, l'obsolescence, etc.
