Ajout d'Ethernet pour les E/S :avantages, inconvénients et choses essentielles à savoir pour la conception d'automatisation industrielle

Entrée/sortie industrielle (I/ O) constituent le système nerveux central de nombreuses machines modernes et, par extension, des installations industrielles. Au cours des dix dernières années, l'utilisation d'Ethernet en tant que couche physique a été l'une des avancées les plus importantes dans la conception d'automatisation industrielle pour les périphériques d'E/S de bus de terrain.

L'EtherNet/IP moderne (Ethernet Industrial Protocol) combine l'Ethernet traditionnel avec un protocole de couche d'application industrielle destiné à l'automatisation industrielle. Il a été créé pour pallier les lacunes de l'IEEE traditionnel, qui présentait deux problèmes majeurs :

L'IEEE traditionnel n'était pas adapté pour gérer tous les processus complexes et gourmands en données impliqués dans l'automatisation moderne. Il utilise une gamme de normes diverses qui peuvent rendre la maintenance et l'utilisation des E/S difficiles
Par le passé, les organisations de bus de terrain créaient leurs propres normes pour les connecteurs, les protocoles et les piles. Désormais, la couche physique peut être gérée par de vastes organismes de normalisation internationaux qui établissent des normes Ethernet pour les environnements industriels, bureautiques et grand public.

La connexion de périphériques d'E/S via Ethernet pour les contrôler à distance, collecter et analyser les données et surveiller les états a permis à de nombreuses usines d'améliorer la fiabilité, la cohérence et l'efficacité. Et l'E/S Ethernet peut jouer un rôle important pour les usines qui cherchent à mettre à niveau leurs lignes et leurs processus d'automatisation à l'avenir.

Mais comme toute technologie, il y a des avantages et des inconvénients à ajouter Ethernet dans l'environnement de conception d'automatisation industrielle. Pour vous aider à prendre une décision éclairée lorsque vous cherchez à améliorer votre production, nous avons décrit ci-dessous les principaux points concernant l'E/S Ethernet :

Avantages
Inconvénients
Ethernet et autres options
Meilleures pratiques

Avantages d'Ethernet pour les E/S

Les E/S en réseau, utilisant Ethernet, ont fourni de meilleures performances, une topologie flexible et une configuration plus simple ainsi qu'une gamme d'autres avantages.

Traitement plus rapide : Les E/S Ethernet permettent d'exécuter des mises à jour en temps réel en moins d'une milliseconde. Les vitesses de traitement plus élevées améliorent l'efficacité de la collecte et de l'analyse des données, un élément essentiel de l'automatisation industrielle à forte densité de données.
Protocoles de communication ouverts standardisés pour la conception d'automatisation industrielle : Ethernet est utilisé en combinaison avec des protocoles standard open source, tels que EtherCAT, Profinet, EtherNet/IP, Powerlink et autres. Et tous peuvent facilement s'interfacer avec de nombreux appareils, tels que des variateurs, des codeurs et des commandes industrielles sur le réseau d'E/S. À mesure que les bus de terrain sont devenus plus ouverts et dépendent de technologies physiques connues telles qu'Ethernet, les taux de mise à jour du réseau d'E/S ont augmenté au point de pouvoir suivre le rythme des événements en temps réel dans le système de contrôle.
Moins de cuivre - Coûts réduits – La mise en réseau IEEE précédente nécessitait des quantités importantes de câblage en cuivre pour les appareils industriels. Mais aujourd'hui, la connexion des périphériques d'E/S au contrôleur ne nécessite que la connexion au réseau d'E/S, l'alimentation de contrôle et, dans le cas des périphériques à haute énergie, l'alimentation triphasée. Cela élimine les boucles de masse et les dégâts de fil de cuivre. Au lieu de cela, un câble standard relie le contrôleur au système d'exploitation industriel, qui peut être situé loin de son contrôleur et être distribué.
Protection contre l'obsolescence de la plate-forme : Étant donné qu'Ethernet est disponible pour pratiquement toutes les plates-formes matérielles existantes, il n'est lié à aucun fabricant ni même à aucune classe d'équipement. Il continuera de fonctionner dans un avenir prévisible, en fournissant un investissement pérenne dans la connectivité, qui a également l'avantage de renforcer la sécurité à long terme.
Fiabilité – Les E/S Ethernet fonctionnent de manière fiable dans des environnements difficiles, comme ceux des centrales solaires, des raffineries de pétrole et de gaz, des chemins de fer, des centrales éoliennes et même des installations marines. Il y a de fortes chances que la conception d'automatisation industrielle utilisant des E/S Ethernet réponde aux besoins exigeants de votre environnement de production.
Normes communes et certifiées et large support fournisseur – L'Ethernet industriel utilise les protocoles de transport et de contrôle de l'Ethernet traditionnel et les technologies d'accès aux médias et de signalisation que l'on trouve dans les cartes d'interface Ethernet standard. Il s'agit d'une norme robuste et certifiable qui permet une grande flexibilité dans l'utilisation des équipements tout en garantissant que les appareils sont certifiés, testés et approuvés par les laboratoires de test EtherNet/IP pour garantir leur qualité et leur cohérence. Le cœur d'EtherNet/IP est le protocole de contrôle et d'information (CIP) utilisé dans ControlNet, DeviceNet et CompoNet. Cette norme organise les périphériques en réseau comme une collection d'objets, définissant l'accès, le comportement des objets et les extensions. Cela permet d'accéder à une vaste gamme d'appareils utilisant un mécanisme commun, et comme il s'agit d'une norme très largement utilisée ( tous les secteurs utilisent Ethernet), il existe une prise en charge étendue par les fournisseurs pour presque tous les types d'appareils d'E/S.
Configuration simple et rapide : Ethernet offre aux producteurs plus d'options, qu'il s'agisse de sécurité, de bus de terrain, de moins de programmation ou de serveurs Web. Il permet aux usines de passer d'un protocole à l'autre ou de mettre en œuvre un bus de terrain pour la première fois de manière simple et enfichable. De nombreux produits se configurent automatiquement, car ils reconnaissent automatiquement le protocole maître.
Autres avantages : Voici quelques avantages mineurs supplémentaires de la conception d'automatisation industrielle avec Ethernet pour les E/S : interconnexion unique (ou paire pour la haute disponibilité) pour la mise en réseau et les E/S de stockage ; Réduction de la puissance, refroidissement et utilisation de l'espace au sol plus efficaces et environnement de l'usine plus durable ; Améliorations des performances du serveur, maximisation des emplacements PCI et mezzanine ; Meilleure mise à l'échelle de la capacité d'E/S pour gérer les besoins des applications hautes performances et en cluster.

Inconvénients de l'ajout d'Ethernet pour les E/S

Maintenant que nous avons largement couvert les avantages des E/S Ethernet, nous allons aborder certains des principaux inconvénients :

Limites de bande passante : Les E/S Ethernet ont une bande passante limitée. De nombreux automates ne peuvent déplacer que des tailles de paquet d'environ 500 octets, ce qui peut parfois constituer un obstacle important et ralentir potentiellement les opérations.
Le traitement est englouti par les couches TCP/IP – EtherNet/IP est un protocole de couche application qui est transféré à l'intérieur d'un paquet TCP/IP. Cela signifie qu'une bande passante importante du processeur est consacrée au traitement des couches TCP/IP, ce qui ralentit à nouveau les performances.
Aucune modélisation d'informations – Avec Ethernet, il n'y a pas de véritable modélisation de l'information. Vous pouvez créer des objets avec des attributs, mais vous ne pouvez pas lier des objets ensemble dans une sorte de hiérarchie. Cela peut créer des difficultés dans les mises en œuvre réelles de la conception d'automatisation industrielle.
Variation de l'équipement : Les fonctionnalités d'Ethernet sont limitées avec certains contrôleurs, vous devez donc toujours faire attention à la sélection du meilleur équipement.
Surpuissant – Dans de nombreux cas, Ethernet est mieux utilisé pour les applications de contrôle discrètes. Cela peut fonctionner dans le contrôle de processus, les scénarios, mais cela peut être une solution surpuissante qui consomme inutilement trop de budget. Dans certains cas, des solutions plus pratiques et moins coûteuses existent.
Diagnostic – Les diagnostics génériques ne sont pas intégrés à tous les périphériques Ethernet. Chaque appareil peut nécessiter la conception et la mise en œuvre de ses propres diagnostics personnalisés, ce qui peut prendre beaucoup de temps.

Comparaison d'Ethernet avec d'autres technologies

Attribut	Stratégie d'E/S
Attribut	Hôte-résident	RS-232	RS-485/422	Ethernet
Tolérance de boucle de terre	Pauvre	Équitable	Équitable	Excellent
Couches de protocole ISO standardisées	Aucun	Couche 1	Couche 1	Couches 1 à 3
Débit de données de communication	Excellent	115 Kbit/s	10 Mbit/s	10-1 000 Mbit/s
Espérance de vie de la plate-forme	Pauvre	Bon	Bon	Bon
Extensibilité	Pauvre	Pauvre	Équitable	Excellent
Connecteur standardisé	Aucun	DB9 ou DB25	Aucun	RJ-45
Congestion des câbles de l'ordinateur hôte	Pauvre	Équitable	Bon	Bon
Distance entre l'hôte et le système d'E/S	Pauvre	Équitable	Excellent	Excellent

Choses essentielles à savoir

Lors de la transition vers les E/S Ethernet, il est essentiel d'évaluer un large éventail de fonctionnalités pour obtenir le bon type d'Ethernet. Considérez les architectures Ethernet IOS suivantes :

Systèmes Ethernet par module
Systèmes de support de module
Systèmes d'amas d'étoiles

Caractéristiques essentielles

Outre son architecture, chaque IOS Ethernet possède des caractéristiques fonctionnelles importantes qui doivent être évaluées. Chaque IOS industriel doit fournir un certain niveau de support pour les fonctions communes suivantes :

Surveillance de l'alimentation
Répartition de l'alimentation
Prise en charge du verrouillage
Protection de l'environnement

Nous pouvons vous aider

Le choix du protocole Ethernet dépend de nombreux facteurs. Mais la plupart du temps, les automates utilisés dans vos installations et la demande de vos clients détermineront votre décision. Si vous utilisez Siemens, Profibus DP ou ProfiNet IO peut être votre meilleure option. Si vous utilisez Rockwell ControlLogix ou CompactLogix, EtherNet/IP ou DeviceNet sont vos meilleurs choix. Les exigences de votre application et votre infrastructure actuelle guideront la prise de décision.

Chez EPIC, nous possédons une expertise approfondie dans un large éventail de systèmes et de technologies, et nous avons aidé des usines dans le monde entier. Si vous avez besoin d'une assistance experte pour sélectionner les meilleures technologies pour la conception de l'automatisation industrielle de vos usines, nous pouvons vous aider.

Contactez-nous ici ou appelez au 314-714-1580 pour obtenir de l'aide.

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