Ethernet à paire unique: les acteurs de l’automatisation industrielle interviennent

À mesure que l’Ethernet à paire unique (SPE) étend l’utilisation de la technologie Ethernet au-delà des applications automobiles aux capteurs et actionneurs dans l’automatisation industrielle, SPE devient plus visible et accessible par divers groupes d’utilisateurs.

Dans un blog récent, nous avons couvert les cinq caractéristiques techniques SPE que les leaders des environnements industriels peuvent utiliser pour déterminer la pertinence de la technologie pour leurs applications spécifiques. Ces fonctionnalités sont les suivantes :

• Communication transparente
• Grande largeur de bande
• Longues distances de transmission
• Capacités d’alimentation à distance
• Flexibilité d’installation

Mais décider de déployer ou non le SPE est rarement aussi simple. La décision d’utiliser l’Ethernet à paire unique est souvent prise par un groupe de parties prenantes ayant des priorités et des opinions différentes sur les caractéristiques et les avantages du SPE les plus critiques ou les plus pertinents.

Ci-dessous, nous présentons les parties prenantes qui sont généralement impliquées dans le processus décisionnel SPE, ainsi que leurs intérêts et opportunités spécifiques en matière de technologie SPE.

Professionnels de la construction et de l’installation

Les choix en matière de technologie de communication ont une influence majeure sur la décision d’aller de l’avant avec la technologie SPE. Le poids, le routage des câbles, l’installation du câblage de données et d’alimentation, la maintenance et la protection contre l’incendie doivent être pris en compte.

Dans certaines applications, la technologie SPE offre des avantages par rapport aux normes de transmission physique actuelles :

• Les câbles SPE peuvent réduire le poids par rapport à d’autres types de câbles à base de cuivre.
  
  
• Avec un diamètre extérieur et un rayon de courbure réduits, le SPE peut simplifier le routage des câbles.
  
  
• Dans les environnements industriels difficiles, la transmission à base de cuivre, telle que le SPE, offre des avantages en termes de durabilité par rapport aux systèmes à base de fibre.
  
  
• Grâce aux capacités d’alimentation à distance du SPE, un seul câble de données peut être utilisé pour transmettre des données et fournir de l’énergie. Cela peut être réalisé de la même manière que Power over Ethernet (PoE) via la paire de données ou en utilisant des câbles hybrides.

La construction d’un train est une application où la technologie SPE peut être bénéfique : il s’agit d’un environnement sensible au poids et à l’espace qui expose les câbles à des conditions difficiles. Ici, l’utilisation de câbles SPE pour le contrôle réseau, les systèmes de surveillance et les systèmes d’information des passagers dans le train offre des avantages considérables.

Des câbles plus petits et plus légers simplifient le routage, prennent moins de place dans le train et augmentent la flexibilité pour une installation sans problème. Cela réduit considérablement le poids total du train, ce qui améliore l’efficacité énergétique et les performances (une masse plus faible facilite l’accélération et la décélération).

Les câbles ne se cassent pas facilement dans les installations serrées ou sous vibration. Dans le même temps, les capacités d’alimentation à distance du SPE utilisent des câbles de transmission de données pour permettre une alimentation efficace pour les capteurs, les caméras et les écrans.

Le résultat : une meilleure efficacité opérationnelle, une meilleure sécurité et une meilleure expérience pour les passagers.

Administrateurs réseau

Une fois qu’un système est installé, un administrateur réseau doit distribuer les adresses et les autorisations des participants à la communication dans le réseau.

Les caractéristiques de communication transparente et d’alimentation à distance du SPE jouent un rôle central dans la simplification de l’installation et de la maintenance du réseau tout en prenant en charge les mécanismes de sécurité courants. Une communication transparente simplifie l’intégration et la gestion des composants du réseau en fournissant une plateforme de communication IP unifiée au niveau du capteur/actionneur.

Cela réduit la complexité de la mise en service du réseau et prend en charge l’application efficace de mécanismes de sécurité, tels que IEEE 802.1X, et permet une authentification et un chiffrement de bout en bout à tous les niveaux du réseau. L’alimentation à distance du SPE permet également de rationaliser l’installation et la maintenance des dispositifs en éliminant le besoin de câbles d’alimentation séparés, ce qui est particulièrement utile lors de la configuration des composants réseau dans des zones difficiles d’accès ou éloignées.

La création d’un réseau sécurisé dans un grand entrepôt constitue un bon exemple : le SPE est utilisé pour intégrer une variété de caméras de surveillance et de systèmes de contrôle d’accès.

En utilisant le SPE, ces dispositifs peuvent être facilement connectés aux données et à l’alimentation sur un seul câble, ce qui réduit considérablement les coûts et la complexité d’installation tout en facilitant la conformité aux normes de sécurité via IEEE 802.1X pour garantir un fonctionnement sûr et fiable du réseau. Cependant, pour les périphériques réseau, cela nécessite un effort supplémentaire dans la mise en œuvre des fonctions requises par rapport aux bus de terrain et nécessite potentiellement plus de ressources matérielles, telles que la puissance de calcul ou la mémoire.

Programmeurs d’applications

Les fonctionnalités de communication transparente et de largeur de bande passante du SPE sont particulièrement importantes pour les ingénieurs d’application impliqués dans la programmation de systèmes et la réalisation de tests d’acceptation en usine (FAT). Le SPE prend en charge une communication IP efficace de bout en bout, ce qui permet une mise en réseau directe et simple des capteurs, actionneurs et unités de contrôle.

Cela simplifie la programmation et l’intégration des composants du système, car il y a moins de restrictions en termes de compatibilité et de connectivité. Par exemple, un ingénieur d’application peut basculer de manière flexible entre les fabricants de capteurs sans avoir la connexion comme critère de sélection central. Parallèlement, le passage de la technologie fieldbus à la technologie Ethernet offre aux terminaux une plus grande largeur de bande afin que des données de diagnostic supplémentaires puissent être récupérées.

Contrairement aux connexions Ethernet à quatre et huit fils, le SPE permet l’utilisation de connecteurs compacts et de câbles plus légers. Par rapport aux fieldbus, cependant, SPE nécessite la mise en œuvre d’une pile réseau IEEE complète, ce qui entraîne des coûts de développement supplémentaires. L’organisation de développement de normes ODVA a accepté ce défi et a répondu en réduisant la portée fonctionnelle de l’EtherNet/IP pour les périphériques présentant de graves limitations matérielles (« dispositifs contraints »). Cela inclut CIP Security avec des clés prépartagées et l’échange de données de contrôle exclusivement via UDP.

Opérateurs d’application

Pour les opérateurs d’applications chargés du contrôle, de la maintenance et de l’entretien des systèmes, les fonctions d’alimentation à distance et de communication transparente du SPE jouent un rôle central.

L’alimentation à distance permet d’alimenter les dispositifs finaux, tels que les capteurs et les actionneurs, via des câbles Ethernet, ce qui simplifie l’installation et la maintenance, en particulier dans les zones difficiles d’accès ou à encombrement important.

Cela devient encore plus important dans le contexte de la surveillance à distance et du contrôle des installations qui utilisent des systèmes SCADA, qui nécessitent une communication fiable et parallèle pour le contrôle et la surveillance des processus. La communication transparente offerte par le SPE est ici cruciale pour assurer une mise en réseau IP uniforme au niveau du capteur/de l'actionneur.

Cette connectivité de bout en bout facilite non seulement l’intégration des différents composants du système, mais prend également en charge la transmission parallèle des commandes de contrôle et l’acquisition de données en temps réel pour les systèmes SCADA.

Un exemple concret en est le contrôle et la surveillance à distance d’un système de production d’électricité distribuée. En utilisant le SPE, les opérateurs d’applications peuvent surveiller la production des panneaux solaires et des éoliennes en temps réel et envoyer simultanément des commandes de contrôle aux onduleurs et aux systèmes de gestion de la charge, garantissant ainsi un rendement énergétique optimal.

La combinaison de l’alimentation électrique à distance et d’une communication transparente permet une gestion des opérations efficace, fiable et rentable, ce qui est essentiel pour la gestion des infrastructures modernes. Jusqu’à présent, la surveillance et le contrôle à distance n’ont pas été mis en œuvre directement avec les données des capteurs, mais les contrôleurs dans les processus ont fourni des données agrégées aux systèmes SCADA. Cela réduit la demande de capteurs dans les applications de fieldbus, mais nécessite une adaptation régulière des programmes de contrôle pour extraire les données actuelles.

Scientifiques des données

Pour les scientifiques des données impliqués dans l’analyse des données à l’échelle de l’usine, la maintenance préventive et l’optimisation des contrôles, les fonctionnalités de largeur de bande et de communication transparente du SPE sont particulièrement importantes. La grande largeur de bande du SPE permet la transmission rapide de grandes quantités de données nécessaires à l’analyse et à l’apprentissage automatique. Ceci est crucial pour obtenir des informations en temps réel et développer des modèles prédictifs précis. Une communication transparente facilite également l’intégration de données provenant de sources disparates via une interface unifiée, réduisant ainsi la complexité de la collecte de données et permettant une analyse plus complète des données.

L’optimisation des processus de production dans une usine de fabrication constitue un bon exemple. Un scientifique des données peut utiliser le SPE pour collecter des données à partir de capteurs sur des machines à haute fréquence et utiliser ces informations pour développer des algorithmes de maintenance préventive. En analysant ces données, les défaillances potentielles peuvent être détectées et les travaux de maintenance peuvent être planifiés de manière proactive avant que des temps d’arrêt non planifiés ne se produisent.

La combinaison d’une largeur de bande élevée et d’une communication transparente permet une collecte et une analyse efficaces des données, ce qui entraîne une augmentation significative de la disponibilité de l’usine et une optimisation des processus opérationnels. Dans les environnements fieldbus actuels, les connexions des capteurs sont isolées par des contrôleurs qui agissent comme des passerelles. Par conséquent, les scientifiques des données ne peuvent pas récupérer les données du capteur dans la résolution requise. Cette limitation restreint leur rôle dans les environnements fieldbus actuels.

Belden se concentre sur la technologie SPE

Alors que les variantes SPE spécifiques au secteur continuent d’être normalisées par le biais de la norme IEEE 802.3 et que les parties prenantes envisagent cette technologie pour leurs applications d’automatisation industrielle, Belden contribuera à mener la charge en apportant l’Ethernet à paire unique aux applications d’automatisation industrielle afin que les usines puissent en récolter les bénéfices.

Notre gamme de produits de câblage et de connectivité Ethernet à paire unique est conçue pour optimiser les possibilités de connexion Ethernet dans les environnements difficiles, y compris les opérations industrielles et de transport.

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