Ethernet devient une technologie de réseau de plus en plus importante dans les applications industrielles.
Dans le domaine du contrôle de mouvement, Ethernet, les bus de terrain et d'autres technologies-telles que Peripheral Component Interconnect (PCI)-sont historiquement en concurrence pour gérer certaines des charges de travail les plus exigeantes des systèmes d'automatisation et de contrôle industriels. Les applications de contrôle de mouvement nécessitent du déterminisme-la garantie que le réseau fournira les charges de travail aux nœuds désignés en temps opportun-ce qui est essentiel pour garantir le maintien de la position, qui à son tour garantit des arrêts précis du conducteur, une accélération/décélération appropriée et d'autres tâches.
La norme Ethernet IEEE 802.3 n'a jamais répondu à ces exigences. Même si la commutation full-duplex et les domaines de collision isolés ont remplacé la couche de liaison de données CSMA/CD obsolète, le protocole manque toujours de prévisibilité. De plus, la grande complexité de TCP/IP dans une pile typique n'est pas optimisée pour la transmission fiable du trafic en temps réel-. Par conséquent, les bus de terrain et les architectures de contrôle basées sur PC-avec des cartes PCI basées sur ASIC-sont depuis longtemps des solutions courantes pour le contrôle de mouvement.
Les solutions Ethernet, allant d'EtherNet/IP® à EtherCAT®, pallient ces inconvénients à leur manière. Bien que l'Ethernet industriel offre plusieurs autres avantages par rapport aux technologies alternatives, il est encore loin de dominer le marché du contrôle de mouvement. Examinons trois raisons pour lesquelles il peut-et va-être de plus en plus accepté dans les années à venir.
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Convergence plutôt qu’augmentation de la complexité
Au fil du temps, l'interconnexion croissante entre l'informatique d'entreprise et l'usine a conduit à des systèmes plus complexes, impliquant souvent un mélange de technologies Ethernet standard, Ethernet industriel et bus de terrain. Par exemple, une machine peut utiliser :
De tels réseaux sont complexes et coûteux à mettre en place et à entretenir. Chaque protocole nécessite ses propres procédures de mise en œuvre, personnel d'installation et formation. En revanche, Ethernet offre la possibilité de faire converger différents réseaux-tels que ceux destinés au contrôle de mouvement et à la sécurité-en une infrastructure rentable-plus facile à câbler, largement prise en charge par les fournisseurs et adaptable aux exigences futures.
Ethernet offre la possibilité de faire converger différents réseaux.
Le protocole EtherNet/IP illustre comment la convergence peut être pleinement exploitée dans la pratique. En utilisant des technologies Ethernet standard telles que TCP/IP et UDP/IP, complétées par des fonctionnalités telles que CIP Sync (pour obtenir une synchronisation précise du protocole horaire via l'horloge distribuée IEEE 1588), les systèmes commutés intégrés peuvent s'adapter simultanément aux applications commerciales et industrielles.
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Déterminisme pour les applications de contrôle de mouvement
Le contrôle de mouvement repose sur une communication précise. Cette précision est prise en charge par la planification basée sur des -créneaux horaires-, dans laquelle chaque appareil dispose d'un calendrier au sein de la politique de planification pour communiquer avec d'autres appareils. Ces servomoteurs et contrôleurs calculent leur synchronisation respective, à partir de laquelle la valeur ∆T de la fonction de contrôle peut être dérivée. Cependant, si la transmission des données devient imprévisible, les résultats peuvent être perdus ; par conséquent, le déterminisme est nécessaire pour assurer la stabilité de la boucle.
Ethernet est capable de prendre en charge les applications de contrôle de mouvement exigeantes en usine.
Dans certains cas, la mise en œuvre de la norme IEEE 1588 dans EtherNet/IP via des circuits accélérateurs directement intégrés aux puces Intel® n'est qu'un mécanisme courant par lequel les solutions Ethernet appliquent le déterminisme. Le traitement en temps réel-haute vitesse-d'EtherCAT est un autre exemple de la façon dont des performances cohérentes et prévisibles sont obtenues dans les applications de contrôle de mouvement. EtherCAT surmonte les limitations physiques strictes de la communication centralisée basée sur PCI-, qui nécessite une communication rapide entre l'unité de traitement de la machine et le servoprocesseur tout en maintenant une courte distance.
Jason Goerges expliquait dans un article publié dans *Machine Design* en 2010 :
L'architecture de processeur distribuée basée sur EtherCAT-offre une bande passante, une synchronisation et une flexibilité physique élevées, rivalisant avec les capacités de contrôle centralisé tout en offrant les avantages d'un réseau distribué.
En fait, certains processeurs utilisant cette approche peuvent contrôler jusqu'à 64 axes hautement coordonnés-y compris les boucles de position, de vitesse et de courant ainsi que la commutation-à des taux d'échantillonnage et de mise à jour de 20 kHz.
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Viabilité à long terme-pour l'IIoT
Depuis sa création en tant que technologie de réseau local (LAN), Ethernet a connu une série de développements. Étant donné que les composants de bus de terrain traditionnels sont actuellement produits à petite échelle et que PCI risque de devenir une architecture standard industrielle obsolète, Ethernet a évolué au point où il est désormais pleinement capable de servir l'Internet des objets industriel (IIoT) basé sur IP-.
Les améliorations à venir-telles que la mise en réseau sensible au temps-, qui affineront la norme IEEE 1588 et prendront en charge la possibilité de convergence des réseaux-font également d'Ethernet un choix idéal pour les applications de contrôle de mouvement actuelles et futures. Cela ne veut pas dire que les bus de terrain et le PCI vont disparaître ; Au contraire, à mesure que le secteur de l'automatisation s'oriente vers l'IIoT, les avantages d'Ethernet continueront de croître.