Ethernet

Jun 12, 2023

1 août 2022 | Par Gerd Niedermayer (BASF) et Benedikt Spielmann (Endress + Hauser)

Les usines de transformation disposent aujourd’hui de grandes quantités de données disponibles sur le terrain à partir d’appareils intelligents. Cependant, ces données sont difficilement accessibles aux autres niveaux de l'organisation en raison des différentes technologies de communication entre les appareils au niveau du terrain et l'architecture Ethernet au niveau de l'entreprise. Ce manque d'accès aux données entrave la mise en œuvre de projets de numérisation et empêche les usines de transformation de tirer le meilleur parti des approches basées sur les données, telles que l'utilisation de jumeaux numériques ou de modèles de maintenance prédictive.

Ethernet-APL (Advanced Physical Layer) surmonte ces défis en fournissant une connectivité entre les données de terrain et les systèmes d'entreprise à la vitesse et à la bande passante requises pour les applications de niveau supérieur. Cet article explique comment Ethernet APL est utilisé et détaille ses fonctionnalités et ses avantages.

Ethernet-APL transmet l'énergie et les données via un câble à deux fils et peut atteindre des débits de données de 10 Mbit/s avec de grandes longueurs de câble. Ethernet-APL est conforme aux exigences de sécurité intrinsèque et des solutions de sécurité fonctionnelle sont en cours de développement. Selon la conception topologique du réseau, jusqu'à 50 appareils APL, voire plus de 200 appareils APL, peuvent exister sur un segment Ethernet-APL.

La technologie a été lancée lors de la conférence Achema Pulse (Francfort, Allemagne ; www.achema.de) en 2021 [1] et a été testée dans un laboratoire de BASF (Ludwigshafen, Allemagne ; www.basf.de). De nombreux avantages ont été prouvés lors de cette évaluation. La technologie devrait se développer rapidement avec de nombreux appareils de terrain dotés d'interfaces APL déjà disponibles ou bientôt disponibles.

L'instrumentation industrielle a évolué de la technologie pneumatique d'origine aux dispositifs analogiques, puis aux technologies numériques, telles que HART, Profibus PA ou Foundation Fieldbus. Chaque nouvelle technologie offre des avantages par rapport à la génération précédente, mais chacune présente encore ses propres limites.

Le protocole HART est extrêmement lent. Le dépannage et le paramétrage doivent être effectués localement sur l'appareil. Le câblage est coûteux et le système nécessite des conversions de protocole complexes pour l'accès à distance. Les techniciens HART doivent mettre à l'échelle les mesures manuellement lors de la configuration initiale de l'appareil, ainsi que lors du remplacement de l'appareil. Cette technologie est principalement utilisée pour le paramétrage et le dépannage et très rarement pour le contrôle des processus.

Les technologies Fieldbus ont également un taux de transfert de données lent, bien qu'il soit plus rapide que le protocole HART. Cependant, les systèmes de bus de terrain sont complexes en termes de conversions de protocoles pour l'accès à distance, l'ingénierie des segments et le dépannage. Il existe une certaine résistance dans l’industrie à l’adoption généralisée de la technologie des bus de terrain en raison de la complexité associée à son utilisation.

L'architecture industrielle existante comporte une couche électronique ou bus de terrain pour les appareils de terrain, un réseau Ethernet d'usine pour les couches de supervision et de contrôle et un Ethernet d'entreprise pour la gestion et la planification. Cependant, pour permettre un accès transparent aux données sur toutes les couches, une technologie de réseau unique est requise. Rendre de grandes quantités de données disponibles en temps réel pour les modèles d'optimisation et d'analyse, tout en répondant aux exigences des environnements difficiles des usines de transformation, a été l'un des principaux moteurs du développement d'Ethernet-APL. (Figure 1).

FIGURE 1. Un « écart » Ethernet existe au niveau du périphérique de terrain

FIGURE 1. Un « écart » Ethernet existe au niveau du périphérique de terrain

FIGURE 1. Un « écart » Ethernet existe au niveau du périphérique de terrain

L'Ethernet standard semble offrir de nombreuses fonctionnalités nécessaires à la prochaine génération d'instruments de terrain industriels. Cependant, certains inconvénients rendent impossible sa mise en œuvre directement en milieu industriel. Par exemple, l'Ethernet 100BASE-TX a un débit de données de 100 Mbit/s en duplex intégral, mais la longueur des câbles est limitée à 100 m.

Ethernet standard utilise des câbles CAT5/6 dotés de quatre fils internes. Ceci est incompatible avec les installations industrielles, qui nécessitent une solution bifilaire pour l'instrumentation de terrain. Il est essentiel qu'une solution Ethernet industrielle s'intègre à l'infrastructure bifilaire existante afin d'éviter de devoir recâbler des installations entières, ce qui ne serait pas financièrement justifiable.