Variateurs sur Ethernet Industriel

Au sein des applications industrielles, deux mouvances sonnent comme de véritables leitmotiv : flexibilité et interopérabilité. Le produit doit s’adapter au mouvement et les organes sont même censés répondre à plusieurs types d’applications. La communication passe de plus en plus par Ethernet. Au sein des applications industrielles, deux mouvances sonnent comme de véritables leitmotiv : flexibilité et interopérabilité. Et ce ne sont pas les équipements responsables de la cinématique qui vont échapper à la règle. Le produit doit s’adapter au mouvement, et les organes responsables de celui-ci sont même censés répondre à plusieurs types d’applications pour diminuer les coûts d’investissement. Si l’on s’intéresse aux applications de vitesse et de positionnement (drive et motion control), parmi ces organes, on pense naturellement aux moteurs. Il y a de cela une dizaine d’années, on assistait à une classification des moteurs pour répondre à tel ou tel type d’applications. Ainsi, les moteurs synchrones, de part leurs caractéristiques, étaient plutôt réservés à des applications basse vitesse et fort couple, comme le levage. Les asynchrones se voyaient cantonner aux hautes vitesses et couples inférieurs, notamment dans les systèmes de ventilation. Dans un souci d’élargir les domaines d’applications et de proposer aux industriels des solutions polyvalentes, les concepteurs d’organes responsables du pilotage moteur, principalement le variateur, se sont penchés sur des modes de pilotage novateurs comme le contrôle vectoriel de flux. Ainsi, des systèmes autrefois dédiés à de la variation de vitesse affichent des performances honorables pour le positionnement. En plus de cette intégration multi-fonctions, on observe aussi une convergence des technologies. Le contrôle cinématique glisse petit à petit vers la mécatronique qui intègre plus de domaines : pneumatique, mécanique, hydraulique, API, communication… Ce répertoire se penche sur ce dernier domaine, celui de la communication, en passe d’être trusté par une technologie : Ethernet. Histoire d’un succès Ethernet fut développé au sein des laboratoires Xerox, au début des années soixante-dix. Depuis la fin des années quatre-vingt, il a su acquérir une indépendance vis-à-vis de grands constructeurs. Il en a découlé une plus grande liberté quant à sa diffusion. Des chercheurs ont ainsi saisi l’occasion de l’étudier et de l’intégrer dans la modélisation du système OSI. En clair, Ethernet vient se greffer sur la couche physique et la sous-couche medium access control (MAC) du modèle OSI. Ce résultat fut un critère de choix à son implantation industrielle. Tout d'abord, plusieurs aspects structurels fondamentaux lui confèrent des avantages indéniables. Ainsi, les équipements disséminés sur le réseau ne sont soumis à aucun master supervisant l’installation. Dans le même ordre d’idée, la méthode d’accès distribuée est la même pour tous les équipements. De plus, la déconnexion d’un équipement ne perturbe pas le fonctionnement de l’installation. Néanmoins, quelques ombres au tableau ont nécessité des refontes ou des créations technologiques : Ethernet utilise le mode de communication CSMA/CD : Carrier Sense : écoute de la porteuse, Multiple Access : plusieurs stations peuvent émettre simultanément avec un risque de collision, et Collision Detection : détection des erreurs de collision et traitement par un envoi de signal. Si une collision a lieu, les deux machines interrompent leur communication et attendent un délai aléatoire, déterminé par un algorithme Back-off, puis la première ayant passé ce délai peut alors réémettre. Il apparaît clair que ce mode de communication s’avère probabiliste, c'est-à-dire qu'il n'est pas possible de déterminer avec certitude le délai d'envoi et donc la transmission du message. Rappelons que dans un réseau Ethernet les stations se partagent le même medium de communication, qu'il n'y a pas de priorité d'émission. Pour pallier à ce style de problème, des commutateurs ont dû être développés afin d’optimiser la bande passante du réseau et établir un mode de transmission full-duplex. Ce mode de transmission sera validé si le médium peut le supporter, ainsi on pourra évincer le domaine de collision. Ensuite, en tant que protocole de communication industrielle, Ethernet devenu Ethernet Industriel se devait de répondre à des normes bien précises. Le standard à respecter, qui est devenu une norme internationale d’ailleurs, est le 802.3 de l’IEEE. (norme internationale : ISO/CIE 8802-3). Ce standard définit les conditions de communication en termes de : déterminisme (temps garanti par action réalisée), taille donnée des paquets d’informations manipulés, synchronisme des différentes horloges des équipements présents sur le réseau, et la garantie d’une sécurité de transfert d’informations selon les conditions environnementales et/ou topologiques. Ces mesures drastiques ont poussé les constructeurs à la création de leur propre réseau fondé sur Ethernet (TCP/IP) qui respecte ces impératifs, tels que : Modbus TCP, Ethernet/IP (IP pour Industrial Protocol) et Profinet pour les réseaux en provenance du monde des bus de terrain, mais aussi de nouveaux arrivants comme EtherCat, Sercos III, Powerlink… Synergie Si l’on observe de plus près le noyau de ce répertoire, la variation au sens large (vitesse, positionnement), on s’aperçoit que la technologie de l’information tient un rôle majeur. En effet, pour faire face à des gestions de plus en plus complexes, en plus grand nombre, avec des vitesses d’exécutions et de transferts accrues, une bonne transmission de données est impérative. Dans un contexte de standardisation généralisée les données doivent être accessibles de n’importe quel point de la couche réseau concernée, voire de l’entreprise toute entière. Il en résulte d’une part une intégration verticale des données supportée par une large bande passante, ainsi qu’une intégration horizontale pour assurer la communication entre les différents acteurs des couches applicatives, notamment entre le contrôle/commande et les variateurs. C'est dans ce contexte qu'Ethernet Industriel trouve sa place. Même si d'un côté ce sont ses aspects de capacité de transfert qui sont recherchés, alors que de l'autre côté c'est le déterminisme qui fait loi.