Présentation de l’Ethernet/IP

L'Ethernet séduit de plus en plus l'industrie. Les PC, imprimantes et autres périphériques équipés de cartes réseau Ethernet (NIC) se sont fait une place dans l'industrie. Reliés à des commutateurs et routeurs intelligents, ces périphériques rendent l'Ethernet de plus en plus attractif. Le seul obstacle à l'adoption généralisée de ce protocole était l'absence d'une couche d'application reconnue et d'une connectivité Ethernet renforcée pour l'industrie.

Ethernet/IP est un protocole industriel de couche d'application pour les applications d'automatisation industrielle. Conçu à partir des protocoles TCP/IP standard, Ethernet/IP utilise les logiciels et le matériel Ethernet éprouvés pour définir un protocole de couche d'application permettant de configurer des équipements d'automatisation industrielle, d'y avoir accès et de les commander. Ethernet/IP classe les noeuds Ethernet en types prédéfinis de périphériques, chacun ayant ses comportements spécifiques. Le protocole de couche applicative Ethernet/IP est basé sur la couche CIP (Control and Information Protocol), utilisée par les réseaux de terrain DeviceNet™ et ControlNet™. Le protocole Ethernet/IP offre ainsi un système intégré et transparent permettant de relier les ateliers au réseau d'entreprise.

Historique

Le support Ethernet physique, autrement dit les câbles et connecteurs qui relient les PC de bureau, les imprimantes et autres périphériques, gère toute une liste de protocoles de communication, dont IP (Internet Protocol), TCP (Transport Control Protocol), ainsi que de nombreux autres protocoles de messagerie. Ce groupe de protocoles et ce type de connectivité conviennent parfaitement à un environnement de bureau. Les utilisateurs peuvent ainsi partager des fichiers, accéder aux imprimantes, envoyer des e-mails, effectuer des recherches sur Internet et utiliser tous les moyens de communication courants dans un bureau. Dans un environnement d'atelier, les besoins et contraintes sont bien plus importants. En effet, les techniciens doivent pouvoir accéder aux données à partir de disques durs, stations de travail et périphériques d'E/S. En conditions normales, l'utilisateur doit patienter pendant que le logiciel exécute la tâche en cours. D'autre part, les données des ateliers d'usine n'ont pas le temps d'attendre. Elles doivent pouvoir être communiquées en temps réel. L'arrêt opportun d'un robot soudeur ou d'un dispositif de remplissage de bouteille nécessite une temporisation très précise par rapport au temps d'accès à un fichier sur un serveur distant ou à l'ouverture d'un site web. Le protocole de couche d'application Ethernet/IP est spécialement conçu pour l'environnement industriel. Quatre groupes ont pris part au développement et à la promotion d'Ethernet/IP en tant que couche d'application Ethernet ouverte pour l'automatisation industrielle : l'ODVA (Open DeviceNet Vendor Association), l'IOANA (Industrial Open Ethernet Association), le CI (Control Net International) et l'IEA (Industrial Ethernet Association). Leur objectif commun est révélateur de l'enjeu que représente l'Ethernet/IP en tant que norme standard applicable à un large panel d'appareils d'automatisation. Ces mêmes groupes étudient à présent les contraintes de connectivité de la couche physique au regard des contraintes environnementales typiques d'une usine.

La technologie Ethernet/IP

La solution Ethernet/IP utilise tous les protocoles de l'Ethernet classique : le TCP (Transport Control Protocol), l'IP (Internet Protocol) et les technologies de signalement et d'accès média présentes sur toute carte réseau Ethernet (NIC). La solution Ethernet/IP étant fondée sur les technologies Ethernet standard, elle fonctionnera en toute transparence avec les périphériques Ethernet standard, disponibles actuellement. Mieux encore, elle évoluera au fur et à mesure des évolutions de la technologie Ethernet standard.

Les groupes qui supportent Ethernet/IP travaillent de concert à l'élaboration d'une norme exhaustive et cohérente. Plusieurs éditeurs et fournisseurs participent aux travaux, à savoir rédiger les spécifications et effectuer des essais complets et approfondis dans des laboratoires certifiés

Une couche de protocole déjà bien établie

Le protocole Ethernet/IP est un dérivé de la norme CIP (Control and Information Protocol), largement implémentée et utilisée par les réseaux DeviceNet et ControlNet. Cette norme organise les périphériques réseau en une collection d'objets. Elle définit l'accès, le comportement et les extensions, permettant ainsi d'accéder à différents périphériques au moyen d'un protocole commun. Ethernet/IP se base sur une norme largement implémentée et très bien maîtrisée.

De la couche CIP à l'Ethernet/IP

La couche CIP sur Ethernet/IP présente de nombreux avantages. L'accès cohérent aux périphériques signifie qu'un seul outil suffit pour configurer des périphériques CIP situés sur des réseaux différents, à partir d'un point d'accès unique et sans devoir passer par un logiciel propriétaire. La classification des périphériques en tant qu'objets réduit les coûts de formation et de mise en service à chaque intégration de nouveaux périphériques au réseau. Ethernet/IP raccourcit les temps de réponse et offre des débits plus importants que DeviceNet ou ControlNet. Grâce à une interface d'application cohérente, Ethernet/IP relie les périphériques du niveau bus au niveau commande, jusqu'au niveau entreprise.

La connectivité industrialisée en usine

Les systèmes de connectivité classiques sont prévus pour durer de nombreuses années dans un environnement de bureau ordinaire. Cependant, si vous exposez les mêmes connecteurs, cuivre ou fibres optiques, à des conditions extrêmes (saleté, température, humidité, interférences électromagnétiques ou vibrations), il y a de grandes chances pour qu'ils perdent de leur performance, voire de leur fiabilité. Dans les environnements soumis au quotidien à tout ou partie de ces conditions, la connexion Ethernet jumelée (sorties et fiches RJ-45, par exemple) risque de subir la corrosion, l'usure, les amas de petits débris, et finalement de ne plus fonctionner convenablement. À terme, les clients sont confrontés à des coûts de maintenance très importants, que ce soit pour dépanner ou remplacer les composants.

C'est ici qu'entre en jeu une nouvelle génération de connecteurs, conçus spécialement pour garantir une connexion Ethernet résistant aux environnements les plus difficiles. Ils sont plus résistants, plus robustes et plus solides que n'importe quel connecteur Ethernet disponible jusqu'à présent. On les appelle " connecteurs industriels ", même si leur utilisation n'est pas limitée au domaine industriel. Ce type de connecteurs résistant aux pires conditions, il est désormais possible d'envisager des applications dans les environnements sujets à l'humidité, aux fuites, aux contaminants présents dans l'atmosphère, aux vibrations et/ou à des températures extrêmes.

Les connecteurs industriels disponibles sur le marché

Siemon a développé un connecteur RJ-45 industriel, reconnu par l'OVDA et conforme aux normes en vigueur de la TIA et l'IEC. Les fiches et sorties industrielles MAX de Siemon offrent une résistance accrue dans des conditions difficiles. Cette solution industrielle de Siemon est classée IP67 en raison de l'étanchéité de ses fiches et sorties RJ-45. La fiche dispose d'un système unique de connexion à baïonnette qui s'adapte à l'enveloppe externe de la sortie par simple quart de tour. Ces fiches et sorties RJ-45 de Catégorie 5e peuvent être raccordées au secteur afin de créer des cordons de raccordement de la longueur voulue. Le système de branchement prise/sortie empêche toute infiltration d'humidité, que ce soit par l'air ou par contact direct avec un liquide. Par ailleurs, ce système résiste aux vibrations en maintenant fermement la fiche solidaire de la sortie. La fiche ne bouge donc pas sous l'effet des vibrations. Les contacts sont protégés.

De surcroît, la gamme industrielle MAX de Siemon utilise des matériaux particulièrement résistants aux produits chimiques et aux température extrêmes. Ces connecteurs supportent des températures comprises entre -25° C (-13° F) et 85° C (185° F). Par rapport aux connecteurs standard, la plage des températures supportées par les connecteurs industriels de Siemon est deux fois plus importante.

Enfin, pour les environnements soumis à de fortes perturbations électromagnétiques, Siemon propose des versions blindees (ScTP) de ses connecteurs industriels. Les solutions ScTP, pour la plupart des cables UTP enrobes d'un feuillard ou d'un blindage, preservent l'integrite des sigaux de donnees dans les environnements soumis a de fortes contraintes electromagnetiques. Hormis ces cables blindes, le material de connexion dipose d'un blindage efficace, ainsi que d'une basse impedance de transfert pour garantir la bonne transmission des signaux de donnees entre cables horizontaux et cordons d'equipement.

Les difficultés d’installation

L’implémentation d’un système Ethernet/IP comporte sa part de difficultés. Souvent, c’est le défaut de personnel qualifié, capable de maîtriser à la fois les bases informatiques et les réseaux d’automa-tisation, qui pose problème. Le personnel de maintenance des chaînes automatisées et le personnel informatique doivent donc travailler de concert à l’installation et à l’implémentation d’un systeme Ethernet/IP. Le second obstacle réside dans la configuration du réseau. La planification d’une infrastructure Ethernet d’automatisation industrielle est vitale. Pour que le réseau réponde aux attentes, il faut procéder à l’inventaire complet et documenté des chemins de câblage, des espaces disponibles, des câbles, des appareils et leur connexion, et bien choisir les routeurs et commutateurs appropriés. Un réseau Ethernet/IP correctement installé ne requiert que peu de maintenance.

Le protocole ethernet/IP Industriel

Ethernet/IP a de nombreux concurrents parmi les protocoles propriétaires, comme Modbus/TCP, ProfiNet ou HSE Fieldbus. Le manque de résistance est l’argument souvent avancé contre l’adoption d’Ethernet en usine pour des applications d’automatisation. Si cet argument a pu être justifié par le passé, il n’a plus lieu d’être depuis l’avènement des commutateurs intelligents. Ces commutateurs créent des domaines de collision distincts qui offrent la fiabilité requise par la grande majorité des applications d’automatisation.

La tendance vers la standardisation de l’Ethernet industriel et son implémentation en usine est déjà amorcée.