Comment PROFINET s'introduit dans le domaine industriel ?
Définition de PROFINET
PROFINET (Process Field Net) est un standard industriel pour la communication sur Ethernet qui permet l'échange de données entre des dispositifs électroniques dans des environnements industriels. Il s'agit d'un protocole industriel basé sur Ethernet qui est utilisé pour configurer et superviser les échanges entre des systèmes d'automatisation et des dispositifs sur le terrain tels que les capteurs et les actionneurs. Il est développé et soutenu par PI (PROFIBUS & PROFINET International), une organisation qui regroupe plus de 1200 membres, avec la contribution notable de sociétés telles que Siemens, Phoenix Contact et Molex.
Historique de PROFINET
L'origine de PROFINET remonte à l'époque où l'industrie cherchait à standardiser la communication entre les dispositifs au niveau du terrain, ce qui a conduit à l'élaboration de la norme PROFIBUS en 1989. PROFIBUS a été développé par un consortium de 21 entreprises européennes, principalement allemandes, dans le but de créer une plateforme commune pour le transfert de données à un niveau de dispositif sur le terrain
L'évolution de PROFIBUS à PROFINET
La transition de PROFIBUS à PROFINET marque une évolution significative dans la communication industrielle. Alors que PROFIBUS est un bus de terrain série classique, PROFINET introduit des capacités supplémentaires grâce à l'adoption de l'Ethernet industriel, permettant des communications plus rapides et flexibles. En dépit de son héritage, PROFINET n'est pas simplement une encapsulation de PROFIBUS, mais représente une avancée majeure avec des fonctionnalités étendues qui facilitent des communications plus efficaces dans des environnements industriels modernes. L'introduction de PROFINET IO, par exemple, symbolise cette transition vers une technologie Ethernet plus robuste et flexible, reflétant l'engagement continu envers l'innovation dans le domaine de l'automatisation industrielle.
Quelles sont les caractéristiques principales de PROFINET
Transmission de données
PROFINET garantit une transmission de données fiable et supporte diverses topologies réseau. Il permet une communication en temps réel entre les dispositifs dans les systèmes d'automatisation industrielle, satisfaisant ainsi un large éventail d'exigences allant de l'attribution de paramètres gourmands en données à une transmission extrêmement rapide des données d'E/S. PROFINET utilise trois services de communication, à savoir le TCP/IP standard pour des fonctions non déterministes, le temps réel pour des applications d'automatisation déterministes, et le temps réel isochrone pour des exigences de synchronisation de haute précision.
Compatibilité et interopérabilité
PROFINET est compatible avec l'Ethernet standard, facilitant ainsi l'intégration sans heurts avec les systèmes d'entreprise et offrant une disponibilité des données en temps réel. Il assure également une connectivité étendue, permettant l'intégration de divers réseaux d'automatisation et établissant des liens stratégiques avec PROFIBUS. Cette compatibilité permet une gestion améliorée, des processus de production optimisés et une efficacité opérationnelle accrue, tant au niveau local que global.
Sécurité et diagnostic
En matière de sécurité, PROFINET adopte une approche de défense en profondeur pour protéger les installations de production contre les attaques, notamment externes. Cette approche comprend plusieurs niveaux de périmètre, incluant des pare-feu. Les meilleures pratiques pour la protection des environnements industriels utilisant PROFINET sont documentées, offrant des directives sur la protection contre les erreurs, la gestion des incidents, la prévention contre les accès non autorisés, et l'utilisation de normes et dispositifs éprouvés comme les pare-feu, VPN, IDS/IPS.
Pour le diagnostic, PROFINET se distingue par ses mécanismes de diagnostic de premier ordre. Il est construit sur la norme Ethernet IEEE 802.3 standard, intégrant des protocoles IT tels que SNMP, LLDP et HTTP dans son architecture de communication. Ces protocoles facilitent la mise en œuvre du diagnostic par l'utilisateur sans nécessiter l'écriture de protocoles de diagnostic spécifiques. Le protocole SNMP, par exemple, peut être utilisé pour collecter des informations sur les composants réseau et informer les ingénieurs de contrôle sur l'état actuel de la santé du réseau. De plus, des méthodologies de diagnostic provenant du monde de l'IT peuvent être exploitées, permettant l'obtention d'informations sur les dispositifs à tout moment.
Pourquoi utiliser PROFINET ?
Automatisation efficace
PROFINET est un pilier central pour l'automatisation industrielle, offrant une communication en temps réel et une transmission de données extrêmement rapide, ce qui est crucial pour les applications industrielles contemporaines. Grâce à sa communication rapide et fiable, PROFINET est apte à gérer des paramètres à forte intensité de données, facilitant ainsi l'automatisation en temps réel et l'intégration informatique avec un seul système. Cette capacité est considérée comme une exigence de base pour l'Industrie 4.0. Avec la prise en charge de vitesses de transfert de données allant jusqu'à 100 Mbps, PROFINET rend possible la communication en temps réel pour les systèmes d'automatisation, y compris les communications en temps réel et isochrones, adaptées aux applications sensibles au temps.
Réseaux industriels performants
PROFINET, avec son architecture basée sur l'Ethernet standard et son ouverture au protocole TCP/IP, offre une fondation solide pour des réseaux industriels performants. Il établit une architecture pérenne, indispensable à l'Industrie 4.0, répondant ainsi aux défis croissants de l'industrie tels que la réduction des temps d'accès au marché et l'amélioration de la flexibilité. En outre, PROFINET facilite une topologie de réseau flexible et assure une communication fiable, éléments clés pour maintenir un fonctionnement efficace des équipements d'automatisation.
Réponse aux défis de l'industrie 4.0
En abordant les défis de l'Industrie 4.0, PROFINET met en avant des technologies comme OPC UA pour une communication optimale entre contrôleurs et pour des communications verticales. De plus, l'intégration de TSN (Time Sensitive Networking) à PROFINET offre des mécanismes temps réel robustes, permettant une convergence avec d'autres protocoles et une intégration évolutive, sans changer la couche application, ce qui est crucial pour répondre aux exigences de la nouvelle ère industriel.
Cette approche modulaire permet aux constructeurs une implémentation disjonctive de leurs instruments, fournissant exactement les fonctions nécessaires aux utilisateurs. L'architecture modulaire de PROFINET et sa capacité à partager le même réseau avec OPC UA, permettent une transition douce vers les exigences de l'Industrie 4.0, en fournissant des informations précieuses pour la gestion des équipements et le diagnostic.
Quelles sont les normes et la standardisation de PROFINET ?
Normes internationales
PROFINET est conformément structuré selon des normes internationales, ce qui garantit sa fiabilité et son interopérabilité sur la scène mondiale. Il est principalement régi par la norme internationale IEC 61784-2 qui divise les applications PROFINET en quatre classes de conformité: Class A (CC-A), Class B (CC-B), Class C (CC-C) et Class D (CC-D), chacune ayant des exigences et des fonctionnalités spécifiques. Par exemple, la Classe A certifie uniquement les dispositifs, tandis que la Classe B exige que l'infrastructure réseau comprenne également des produits certifiés. Les Classes C et D, quant à elles, permettent des systèmes de positionnement et des fonctionnalités de réseau temps réel avec des réservations de bande passante et des synchronisations d'application. De plus, PROFINET est une partie des normes IEC 61158 / IEC 61784-2, qui définissent l'aspect du signal sur le fil et ce que le médium accédant au fil doit faire, utilisant l'Ethernet industriel comme couche physique (définie par IEEE802.3).
Organisations de standardisation
La standardisation de PROFINET est principalement orchestrée par PROFIBUS & PROFINET International (PI), une association industrielle mondiale dédiée à la standardisation et à la diffusion des technologies de communication et d'information industrielles. PI, ayant un réseau global de 1 700 entreprises membres, travaille sur le développement continu des technologies d'automatisation, la création de nouvelles normes, et la facilitation du transfert de connaissances. Il vise également à protéger les investissements des utilisateurs et des fabricants grâce à son influence sur la standardisation. Par ailleurs, PROFIBUS Nutzerorganisation e.V. (PNO), en tant que partie de PI, est une autre communauté active dans la standardisation de PROFINET.
Conclusion
PROFINET, avec ses racines s'élançant de PROFIBUS, marque un tournant monumental dans l'orchestration de la communication industrielle, en embrassant l'Ethernet industriel pour une interaction plus rapide et agile entre les systèmes d'automatisation et les dispositifs sur le terrain. En alignant la transmission de données robuste, la compatibilité étendue, et des mécanismes de diagnostic supérieurs, il transcende les frontières conventionnelles, favorisant une intégration transparente et une réactivité en temps réel dans l'écosystème industriel. Sa contribution dans l'Industrie 4.0 est incommensurable, étant le fer de lance de l'automatisation efficace et des réseaux industriels performants, répondant ainsi aux aspirations de réduction des délais de mise sur le marché et d'augmentation de la flexibilité. L'adoption de technologies comme OPC UA et TSN résonne avec les exigences d'une communication optimale et d'une convergence protocolaire, plaçant PROFINET comme une épine dorsale capable de soutenir les ambitions de l'Industrie 4.0.
En outre, son alignement avec des normes internationales, orchestré principalement par PROFIBUS & PROFINET International, évoque son engagement envers la fiabilité, l'interopérabilité, et la standardisation, assurant ainsi une continuité technologique dans un monde industriel en constante évolution. La structure modulaire de PROFINET, combinée avec sa capacité à coexister harmonieusement avec d'autres protocoles et normes, promet une transition douce vers des paradigmes industriels futuristes, tout en consolidant sa position comme un pilier central dans la révolution de la communication industrielle.
