INFORMATION DU 24/04/2024

Ethernet APL : Ethernet vers le terrain

Aujourd’hui, les usines de transformation rivalisent pour produire plus de produits avec moins de déchets. La transformation numérique motive les cadres dirigeants à investir dans davantage de données d’usine provenant des systèmes d’automatisation des processus et de l’instrumentation.

Ethernet-APL est une couche physique avancée Ethernet standardisée qui répond à toutes les exigences du domaine des usines de transformation.

Caractéristique

Longueur de câble de 1 000 m
2 – Câbler avec alimentation
Conception pour une sécurité intrinsèque
Réutiliser le câble existant
Activer les instruments de terrain avec Ethernet

Ethernet-APL est la couche physique Ethernet robuste, à deux fils et alimentée en boucle, qui utilise 10BASE-T1L plus des extensions pour une installation dans les conditions de fonctionnement exigeantes et les zones dangereuses des usines de traitement. Il permet une connexion directe des appareils de terrain aux systèmes Ethernet de manière à ce que les industries de transformation puissent bénéficier d’une convergence de leurs systèmes OT et IT. Grâce à une architecture commutée, élimine toute interférence indésirable entre les appareils connectés au même réseau.

Ethernet APL adopte des technologies et des options déjà établies dans le domaine de l’automatisation des processus. Cela inclut la topologie éprouvée de type tronc et dérivation illustrée dans la figure ci-dessus, avec la possibilité d’alimenter jusqu’à 50 appareils de terrain avec jusqu’à 500 mW chacun. Des infrastructures de câbles largement utilisées et établies sont spécifiées pour prendre en charge la migration des installations industrielles vers Ethernet-APL.

Le commutateur de terrain fournit des connexions point à point à l’instrument. Les commutateurs de terrain dotés d’interfaces Fast Ethernet ou Gigabit prennent en charge la redondance de l’infrastructure avec une redondance parallèle, le protocole de redondance des médias (MRP) ou un anneau de niveau périphérique (DLR). Les commutateurs sont facilement configurés pour des connexions logiques redondantes puisque les données transitent simplement par l’infrastructure, par ex. un instrument peut maintenir plusieurs chemins de communication vers les contrôleurs pour permettre la redondance des contrôleurs.

Probable! Le câble doit être blindé pour une communication fiable. Le câble de référence est de type « A », largement utilisé dans les industries de transformation, par ex. dans les installations de bus de terrain. De nombreux utilisateurs peuvent réutiliser cette base de câble installée. En raison de la plage de fréquences plus élevée, qui n’est pas explicitement spécifiée pour la plupart des câbles installés aujourd’hui, les experts recommandent fortement de tester le câble installé. Ceci est encore plus important si la réutilisation d’un câble blindé autre que le type « A » est envisagée. Il faut s’attendre à une réduction de la longueur de câble utilisable. Pour obtenir des informations sur la conformité, reportez-vous aux directives d’ingénierie Ethernet-APL.

Les définitions Ethernet APL permettent l’application et l’installation dans n’importe quelle zone dangereuse. L’installation éventuelle d’appareils de terrain et de commutateurs de terrain dépend de la conception du produit par le fabricant et n’est pas liée à la technologie Ethernet-APL. Le nouveau concept de sécurité intrinsèque pour les dérivation Ethernet-APL, appelé 2-WISE (2-Wire Intrinsically Safe Ethernet, IEC TS 60079-47) et les profils de port permettent des circuits à sécurité intrinsèque correspondant au type de protection « ia » – qui est convient même aux installations de Zone 0, Zone 20 ou DIV 1.

Délai de mise sur le marché réduit et R&D simplifiée

Les fabricants de produits et les éditeurs de logiciels sont confrontés au défi d’intégrer efficacement les protocoles de communication industriels et les normes d’échange de données dans leurs produits. Les sous-systèmes de communication composés de piles de protocoles, de base matérielle et d’interface d’application constituent une couche technologique critique, mais ils ne différencient guère un produit ou une solution dans laquelle ils sont intégrés. Dans le même temps, ces protocoles et fonctions sont difficiles à mettre en œuvre et à maintenir, et nécessitent pour cela une expertise technologique limitée.

Il est donc clairement indiqué que les fabricants de produits et les éditeurs de logiciels ne développent pas de protocoles de communication industriels en interne, mais intègrent les technologies de communication disponibles sous forme de produits disponibles dans le commerce, tels que des piles logicielles, des kits de développement logiciel (SDK) ou des modules. Les utilisateurs bénéficient d’un délai de mise sur le marché réduit, d’un développement simplifié et plus efficace, ainsi que d’importantes économies de coûts.

Ethernet-APL – la nouvelle référence en matière d’automatisation des processus

Ethernet-APL offre des avantages à la fois aux utilisateurs finaux et aux fabricants d’appareils

Ethernet-APL (Advanced Physical Layer) est une couche physique Ethernet à deux fils utilisant 10BASE-T1L telle que définie par IEEE 802.3cg, qui est équipée de dispositions supplémentaires pour la fabrication des processus et fait donc partie de la spécification Ethernet IEEE 802.3. Pour les réseaux de l’industrie des procédés, cette nouvelle technologie offre une interopérabilité et une flexibilité totales, grâce à une connectivité transparente des appareils de terrain via le protocole Ethernet couplée à une transmission rapide des données sur la couche d’information sur de grandes distances, ainsi qu’à l’alimentation électrique des appareils de terrain. Ainsi, des réseaux d’automatisation modernes, rapides et performants peuvent désormais être mis en place beaucoup plus facilement dans le cadre de projets de transformation numérique.

Premiers pas avec Ethernet-APL

Pour les utilisateurs finaux, Ethernet-APL crée de nouvelles opportunités d’agencement lors de la création de réseaux d’automatisation hautes performances. Comme mentionné, cela signifie que les appareils de terrain peuvent être intégrés de manière transparente au réseau via Ethernet – et nous ne parlons pas de quelques équipements mais de millions d’appareils installés, tels que de petits capteurs, des unités de contrôle ou des instruments analytiques très complexes. Chaque année, un volume similaire de nouveaux appareils est ajouté, la plupart utilisant toujours la technologie 4-20 mA, potentiellement complétée par une communication numérique point à point via le protocole HART. À cela s’ajoutent les nombreux bus de terrain numériques – désormais existants – pour transmettre des données de mesure et des paramètres supplémentaires encore présents dans de nombreuses installations. Cependant, ce dernier scénario est réservé uniquement à des applications spécialisées en raison de la complexité, des coûts, des composants de passerelle spécifiques et de l’expertise requis.

Ethernet-APL comme nouvelle norme pour les réseaux rentables dans l’industrie des procédés

Formellement adopté en 2021, Ethernet-APL est une nouvelle norme pour la communication Ethernet de bout en bout jusqu’aux appareils de terrain individuels. La norme répond aux exigences spécifiques de l’industrie de transformation, comme le franchissement de grandes distances avec un simple conducteur à deux fils qui gère non seulement la communication des données, mais alimente également l’appareil de terrain connecté. Une autre étape importante a été franchie en augmentant les taux de transmission à 10 Mbps par rapport au HART et aux bus de terrain. APL se limite également à définir une nouvelle norme d’échange de données pour Ethernet au niveau de la couche la plus basse, garantissant qu’elle conserve la compatibilité avec tous les protocoles Ethernet des couches supérieures. Pour la première fois, cela permet une communication transparente entre les réseaux de production et d’entreprise jusqu’aux appareils de terrain, tout en supprimant le besoin de passerelles coûteuses. Les protocoles d’automatisation peuvent être déployés selon les besoins, tout comme les serveurs Web, OPC UA et la connectivité cloud/edge.

Comment minimiser les délais de livraison pour les utilisateurs finaux et les fabricants d’appareils ?

Les lignes directrices d’ingénierie Ethernet-APL décrivent trois topologies de réseau distinctes pour les réseaux Ethernet-APL. En termes de topologie de réseau, cependant, chez Softing, nous supposons que les opérateurs de réseau préféreront une alternative dans laquelle un commutateur de terrain APL est intégré directement dans le réseau de contrôle. Dans cet esprit, Softing a développé une gamme de produits aplSwitch qui prend en charge à la fois la connectivité cuivre et fibre, et sera lancée d’ici la fin de 2023. Les limites de débit de charge réseau, qui sont prises en charge par tous les commutateurs APL de Softing, contribuent à garantir stabilité optimale du réseau. Comment fonctionne la limitation du débit de chargement ? Pour maintenir un fonctionnement stable d’un réseau PROFINET, il est important de surveiller la charge réseau à laquelle les appareils Ethernet-APL sont soumis. Lorsque les réseaux passent de 100 Mbps à 10 Mbps, une charge réseau plus élevée dans le réseau de contrôle à 100 Mbps est particulièrement critique pour les périphériques Ethernet-APL sur les dérivations à 10 Mbps, car leur débit de données ne représente que 10 % de celui du réseau de contrôle. Cela signifie que le trafic de données entrant et sortant sur les ports du commutateur doit être limité en définissant des limites de débit de charge réseau. Softing travaille également à la conception d’autres variantes de commutateurs APL optimisées pour une installation directement sur le terrain et dans le boîtier.

À notre avis, les fabricants d’appareils devraient éviter de devoir démarrer des projets de développement à partir de zéro en optant pour une refonte utilisant un module électronique fournissant tous les composants matériels et logiciels nécessaires aux communications. C’est le seul moyen de mettre en œuvre de nouveaux appareils compatibles Ethernet-APL dans un délai court de mise sur le marché. Softing soutient les fabricants confrontés à ce défi avec son nouveau commModule APL, un module matériel CMS à faible coût. Fourni avec une pile PROFINET préinstallée, commModule APL offre un modèle de données d’application configurable ainsi qu’un mappage de commandes qui peuvent être utilisés pour migrer les appareils HART et Modbus existants vers Ethernet-APL sans qu’une seule ligne de code ait besoin d’être écrite. Les affectations aux commandes HART ou Modbus sont effectuées à l’aide de l’outil commScripter correspondant. commModule APL a déjà effectué des tests CEM et environnementaux approfondis, ainsi que des tests de conformité pour la couche physique Ethernet-APL et le protocole PROFINET avec PA Profile 4.02. Le module a également été pré-certifié selon les normes ATEX et IECEx. Toutes ces propriétés contribuent à réduire considérablement les efforts et les investissements en temps à prendre en compte lors du développement de matériel de périphérique à partir de zéro.

Aperçu des avantages des solutions Ethernet APL de Softing

Ethernet APL apporte flexibilité et structures de réseau évolutives

Ethernet-APL offre une richesse de flexibilité et d’options pour les structures de réseau individuelles et un niveau de maturité permettant le déploiement des appareils correspondants dans des environnements de production. Il présente également d’autres avantages évidents, car il évite les coûts matériels, aucun composant de passerelle dédié ne doit être acheté et aucune tâche de configuration de niveau expert n’est requise, en particulier pour l’intégration à l’infrastructure Ethernet en amont de l’équipement responsable de ces passerelles. Une mise en œuvre doit néanmoins être planifiée et structurée correctement afin d’exploiter tous les avantages de cette nouvelle norme – et Ethernet-APL doit certainement être considéré comme un candidat pour tout travail de planification futur.

Vous envisagez de déployer Ethernet-APL ?