Ce n’est pas la taille, la marque ou le modèle d’une grue ou d’un empileur d’une usine métallurgique qui limite la production.’’ Il s'agit plutôt de la capacité de cet équipement à rester connecté aux systèmes de contrôle dans des conditions difficiles.’
Les enjeux d'une perte de connectivité sont élevés : lorsqu'une machine critique ne peut pas rester connectée à la salle de contrôle, les risques ne se limitent pas aux temps d'arrêt, ils incluent également les chutes de charges, les dommages matériels et les blessures des travailleurs.’’—
À mesure que les usines évoluent vers des opérations plus automatisées, les réseaux sans fil qui relient les machines, les automates programmables et les salles de contrôle deviennent tout aussi essentiels que les équipements eux-mêmes. Ce changement met en évidence les limites des approches filaires et sans fil traditionnelles, créant un argument de poids en faveur du sans fil industriel basé sur le PRP qui maintient le contrôle en temps réel et assure la sécurité de la production et des personnes.——
Les réseaux sans fil métallurgiques doivent offrir un haut niveau de performance
Les réseaux sans fil industriels rendent possibles les connexions essentielles entre les équipements et les centres de contrôle, prenant en charge le contrôle en temps réel, le retour d'information sur l'état et la surveillance de la sécurité des opérations automatisées.
Pour répondre à ces exigences, le réseau sans fil d'une usine métallurgique doit transmettre de manière fiable les données vidéo PLC et CCTV des systèmes de contrôle des machines à l'ordinateur hôte et à la salle de contrôle conformément aux exigences de transmission distinctes.’
Données de contrôle PLC
Une stabilité élevée et une faible latence sont nécessaires lors de la transmission des données de commande d'un automate programmable afin de garantir la précision et la sécurité du fonctionnement des équipements :
- Taux de perte de paquets inférieur à 1 (pas plus de deux pertes de paquets consécutives)‰
- Délai de transmission maximal inférieur à 50 ms
Données vidéo de vidéosurveillance
Des images nettes et une transmission de données en temps réel doivent être garanties afin de fournir un support visuel fiable pour la surveillance à distance et la prise de décision :
- Aucune perte d'images ni aucun décalage
- Délai de transmission maximal inférieur à 50 ms
Pourquoi les réseaux traditionnels sont-ils insuffisants dans les usines métallurgiques ?
Les solutions de réseau filaires et sans fil traditionnelles peinent à répondre aux deux exigences de stabilité et d'efficacité qui sont essentielles aux opérations métallurgiques.
À mesure que les équipements gagnent en taille et en mobilité, les approches traditionnelles deviennent encore moins adaptées à ces environnements difficiles et très dynamiques, et ce pour deux raisons majeures.
1. Les systèmes câblés entraînent une augmentation des pannes et des besoins de maintenance
Les excavatrices à roue à godets, les empileuses et les récupératrices utilisent souvent un système de câble composite photoélectrique (une solution câblée où le câble se dilate et se contracte, entraînant avec le mouvement de l'équipement).
Mais cela peut engendrer plusieurs problèmes.
- Usure mécanique sévère : Le frottement et la flexion à long terme entraînent la rupture des câbles. Par exemple, en raison des mouvements continus et des flexions répétées sous une charge importante, le cycle de remplacement des câbles des ponts roulants peut être aussi court que trois à six mois.
- Coûts d'entretien élevés : Le remplacement des câbles nécessite une interruption de service. Une seule séance de maintenance dure entre quatre et huit heures, ce qui a un impact sur les calendriers de production.
- Accumulation de coûts importante : Un seul câble composite optoélectronique peut coûter des milliers de dollars. Ajoutons à cela la nécessité de remplacements fréquents, et les coûts à long terme sont bien plus élevés qu'avec une solution sans fil.
2. Les réseaux sans fil industriels conventionnels présentent des lacunes critiques.
Alors que les solutions sans fil point à point, d'itinérance et 5G résolvent le problème de la traînée filaire en supprimant le besoin de câbles de suivre physiquement l'équipement en mouvement, elles introduisent de nouveaux défis. “” Par exemple, elles restent insuffisantes lorsqu'il s'agit de gérer les environnements extrêmes et les exigences strictes en matière de transmission de données des usines métallurgiques.
Les points de défaillance uniques menacent la sécurité de la production
Les solutions sans fil classiques reposent sur une seule liaison de transmission. En cas de défaillance, l'équipement peut perdre le contrôle (par exemple, lors de l'arrêt d'urgence d'un pont roulant) ou provoquer un accident (par exemple, la chute d'une bobine d'acier).
Quelles sont les causes des pannes de réseau sans fil ? Les principaux coupables sont :
- Problèmes matériels : Les températures élevées ou les vibrations endommagent les commutateurs, les modules optiques, les câbles réseau ou d’autres équipements.
- Interférences environnementales : les signaux sont bloqués par la poussière métallique, les équipements vieillissent plus vite en raison des températures élevées et les interfaces peuvent se desserrer en raison des vibrations mécaniques.
- Conflits sans fil : D'autres applications sans fil au sein de l'usine, telles que les véhicules qui passent, les terminaux de données portables et la surveillance des équipements, occupent des canaux et provoquent des interférences de signal.
Exigences strictes en matière de fiabilité et de latence
Les protocoles de communication industrielle dans les usines métallurgiques (tels que PROFINET, PROFIBUS et PROFIsafe) ont des exigences strictes en matière de temps réel. Les solutions sans fil classiques ne peuvent pas prendre en charge ce niveau de performance pour de nombreuses raisons.’
- Trajectoires en visibilité directe non fiables Les liaisons sans fil industrielles point à point sont sensibles aux obstructions, et les taux de perte de paquets augmentent fortement lorsque le signal est interrompu.
- Retard excessif de transfert Le délai de commutation de la solution d'itinérance atteint entre 100 ms et 300 ms, dépassant largement le seuil de 50 ms.
- Environnement radio instable : La compatibilité du protocole industriel 5G’s est faible et l'atténuation par réflexion du signal est susceptible de se produire dans les zones à forte densité métallique, ce qui entraîne des fluctuations de délai.
Utilisation d'équipements de qualité commerciale dans des environnements industriels
Pour réduire les coûts, certaines usines métallurgiques utilisent des équipements sans fil de qualité commerciale. Cet équipement n'est pas conçu pour fonctionner dans des conditions de températures élevées, de vibrations ou de poussière.’ Bien que cela puisse fonctionner à court terme, le matériel grand public présente des risques importants à long terme.
Par exemple, dans des environnements supérieurs à 60 degrés C (140 degrés Fahrenheit), la durée de vie de l'appareil est réduite à quelques mois seulement. La poussière provoque des courts-circuits et entraîne des pannes en cascade.
La technologie sans fil PRP est bien adaptée aux usines métallurgiques.
Le protocole de redondance parallèle (PRP) est devenu une technologie clé pour aider à résoudre les problèmes de réseau sans fil dans l'industrie métallurgique. Grâce à son mécanisme unique de veille à chaud à double liaison, il répond aux points faibles de nombreuses solutions traditionnelles.
Son principal avantage réside dans sa capacité à maintenir une transmission parallèle sur deux liaisons physiques, assurant une redondance sans perte de paquets et sans latence, sans nécessiter de commutation.
Comment fonctionne le PRP en pratique
Les protocoles de redondance traditionnels, tels que le protocole en anneau STP, utilisent un modèle de « panne puis basculement », où le trafic est redirigé vers une liaison de secours uniquement après la détection d'une panne, ce qui introduit un délai.
À l'inverse, PRP utilise un modèle de « double liaison active avec sélection du premier arrivé », où les deux liaisons transportent le même trafic simultanément. Le premier paquet arrivé est utilisé, tandis que le doublon est éliminé.
Fonctionnalités de mise en réseau PRP pour les usines métallurgiques
technologie PRP conforme à la norme IEC 62439, une norme internationale qui définit la redondance à temps de récupération nul pour l'Ethernet industriel critique. Il est conçu pour maintenir la communication, même en cas de défaillance des liaisons ou des appareils.
Cette base normative permet de mettre en place les fonctionnalités essentielles qui comptent le plus dans les usines métallurgiques.
- Délai de récupération nul Lorsqu'une liaison tombe en panne, l'autre liaison transmet immédiatement les données sans perte de paquets ni interruption, répondant ainsi aux exigences de latence des données CPL et vidéo.
- Compatibilité transparente de la couche 2 Implémenté au niveau de la couche 2, le PRP ne nécessite aucune modification du logiciel de la couche application et peut transporter de manière transparente des protocoles industriels tels que PROFINET et PROFIBUS.
- Adaptation topologique flexible : Prend en charge toute topologie de réseau, y compris en étoile, en chaîne et en anneau, en s'adaptant à la distribution complexe des équipements dans les usines métallurgiques.
- Déploiement indépendant à double liaison Les deux liaisons sont isolées physiquement ou logiquement (bandes de fréquences différentes, chemins, emplacements de montage, etc.) afin d'éviter qu'une seule panne ou obstruction n'affecte les deux liaisons simultanément.
L'impact du PRP sur les opérations métallurgiques
Au quotidien, la mise en réseau PRP offre des avantages indéniables en termes de stabilité, de sécurité et de coûts.
- Meilleure stabilité du réseau : La double liaison de secours à chaud élimine les points de défaillance uniques à la racine, maintenant le taux de perte de paquets de données en dessous de 0,1‰ et le risque de perte continue de paquets proche de zéro.
- Adaptabilité environnementale : L'isolation physique à double liaison évite les effets concentrés de la poussière, des températures élevées et des obstructions métalliques.
- Améliorations de la sécurité de la production : La perte de contrôle des équipements due à une panne de réseau est évitée, réduisant ainsi les incidents de sécurité.
- Optimisation des coûts à long terme : La fréquence de maintenance et les temps d’arrêt sont réduits. Bien que les coûts de déploiement initiaux soient plus élevés que pour une solution à liaison unique, le coût total du cycle de vie est réduit de plus de 30 %.
Belden aide les usines métallurgiques à moderniser leurs réseaux sans fil.
L'équipe d'experts en réseaux industriels de Belden a développé une solution de connexion complète pour l'industrie métallurgique basée sur le protocole PRP, et celle-ci fonctionne déjà avec succès dans de nombreuses aciéries nationales.
Doté d'une redondance à double liaison, d'un équipement de qualité industrielle pour environnements difficiles (températures de fonctionnement de -40 °C à 70 °C), d'une résistance à la poussière et à l'eau IP67 et d'une compatibilité totale avec les protocoles industriels, il assure une transmission fiable et robuste pour les équipements métallurgiques tels que les ponts roulants, les empileurs et les récupérateurs.
Notre Centres d'innovation client Les CIC vous permettent de voir ces solutions conçues, testées et validées dans des conditions réelles afin que vous puissiez vous connecter à ce qui est possible. Au CIC de Shanghai, par exemple, vous pouvez voir la technologie PRP en action et mieux comprendre comment les mises à niveau des réseaux sans fil améliorent l'efficacité et la sécurité dans la production métallurgique.
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