Un couple puissant : SPE et OPC UAFX optimisent l’automatisation industrielle
De nombreuses opérations de production automatisées reposent encore sur des systèmes fieldbus traditionnels. En fait, les analystes de l’industrie estiment qu’entre 55 % et 65 % de la connectivité industrielle actuelle est rendue possible par les technologies fieldbus. Cependant, les administrateurs réseau de ces environnements rencontrent souvent des difficultés liées aux taux de transfert de données et à l’intégration de nouveaux périphériques.
Mais la transition vers la technologie Ethernet moderne est en plein essor, offrant des avantages significatifs pour les administrateurs réseau. La mise en œuvre d’Ethernet et la conformité à la norme IEC/IEEE 60802 facilitent énormément leurs responsabilités, notamment la gestion et la maintenance de la sécurité et de la performance du réseau.
Comment Ethernet améliore la vie des administrateurs de réseaux industriels
Le type exact de technologie Ethernet utilisée dans les opérations de production automatisées (SPE (Single-Pair Ethernet), Multi-Pair Ethernet ou fibre optique, par exemple) est d’une importance secondaire. Pourquoi ? Parce que chaque type est conforme au même ensemble de normes IEEE. La transition entre différents systèmes fieldbus est importante. Ces systèmes sont difficiles à intégrer entre eux et avec l’infrastructure informatique pour assurer une technologie de réseau Ethernet uniforme et ouverte.
IEC/IEEE 60802 intègre des mécanismes spécifiques d’assurance qualité (QoS) et de sécurité, tous deux essentiels au fonctionnement des réseaux industriels modernes. Pour tous les dispositifs compatibles réseau, la conformité nécessite la mise en œuvre de mécanismes et de fonctions supplémentaires qui ne sont pas disponibles dans les environnements fieldbus.
Cela peut poser certains défis, en particulier parmi les appareils qui ont de graves limitations de ressources. De plus, les tests de conformité ne sont pas encore disponibles pour les profils IEC/IEEE 60802, de sorte que le développement de produits n’est pas réalisable.
En passant à SPE, les administrateurs réseau bénéficient des fonctionnalités améliorées du profil IEC/IEEE 60802, notamment de protocoles de sécurité améliorés, tels que IEEE 802.1X pour l’authentification, la synchronisation temporelle unifiée et la possibilité de hiérarchiser le trafic via QoS.
Cela garantit que les informations de contrôle importantes ont une place prioritaire par rapport au trafic moins urgent, ce qui augmente l’efficacité et la fiabilité de l'installation. Contrairement aux fieldbus traditionnels, la bande passante et la portée plus élevées offertes par SPE permettent également aux administrateurs réseau de gérer efficacement un réseau plus large avec un plus grand nombre de dispositifs finaux, augmentant ainsi l’évolutivité et la flexibilité du système.
Le rôle de d'OPC UA et de l'UAFX
La combinaison de SPE et de l’UA (Unified Architecture) Field eXchange (FX) de la Fondation OPC, également connue sous le nom de spécifications UAFX, offre des avantages considérables aux administrateurs réseau et aux autres parties prenantes qui jouent un rôle dans l’automatisation industrielle et le processus décisionnel SPE.
Une extension du cadre d'OPC UA, UAFX prend en charge la communication déterministe en temps réel dans les environnements industriels au niveau du terrain, permettant un échange de données transparent entre les contrôleurs, les appareils et les systèmes.
Par exemple, OPC UA et UAFX facilitent une communication horizontale et verticale normalisée, ainsi qu’une sémantique uniforme des données, ce qui est crucial pour :
- les ingénieurs en application qui travaillent sur la configuration initiale,
- les opérateurs chargés de la surveillance des processus, et
- les scientifiques des données qui effectuent des analyses de données.
Pour comprendre comment cela se passe dans la vie réelle, imaginez un scientifique des données travaillant dans le secteur de la transformation. Une analyse précise et opportune des données est essentielle pour optimiser la production et détecter les anomalies à un stade précoce. Le passage à SPE permet le transfert rapide et fiable de grandes quantités de données directement des lignes de production vers les systèmes d’analyse et de prévision.
L’intégration d’OPC UA et d’UAFX à SPE garantit une acquisition et une transmission de données standardisées et interopérables, permettant au scientifique des données d’accéder efficacement à une base de données cohérente et complète.
Cela améliore non seulement la qualité et la valeur informative des analyse des données, mais prend également en charge la maintenance préventive. Cela permet une analyse en temps réel des données des machines afin de prévoir les pannes éventuelles et de mettre en place les mesures de maintenance appropriées. La largeur de bande élevée et la faible latence de SPE, associées à la cohérence et à la sécurité des données fournies par OPC UA et UAFX, permettent aux scientifiques des données d’accroître l'efficacité de l’usine et de réduire les interruptions de service.
Jusqu'à présent, UAFX n'inclut que la communication de contrôleur à contrôleur, qui relie les contrôleurs entre eux, quel que soit le fabricant. L'intégration de capteurs et d'actionneurs dans les processus de contrôle est actuellement en cours.
S'aligner sur les objectifs de NAMUR et de l'OPAF
NAMUR Open Architecture (NOA) et l’Open Process Automation Forum (OPAF) soutiennent des systèmes ouverts et interopérables dans l'industrie de transformation afin de créer des environnements de production plus flexibles et plus efficaces.
SPE et OPC UA s'alignent parfaitement sur les objectifs de NOA et l'OPAF. SPE fournit une infrastructure de communication robuste et standardisée pour la technologie d’automatisation. Ensemble, ces technologies :
- Permettent l'intégration harmonieuse de différents dispositifs et systèmes
- Améliorent la transparence des données
- Prennent en charge des capacités d’analyses avancées et de contrôle
En outre, NAMUR s'attend à avoir accès à des données supplémentaires sur l'état des processus et des appareils (« données vitales ») grâce à l'augmentation de la bande passante.
Avec l'aide de l'IA (intelligence artificielle), les processus peuvent être davantage optimisés et la disponibilité du système peut améliorée encore plus avec la maintenance préventive, car les capteurs signalent de manière autonome les déviations de l’état vital.
Des modèles d'information normalisés devraient permettre l'autoparamétrage et la configuration automatisés et indépendants du fabricant des capteurs, qui, à leur tour, fournissent automatiquement des données d'identification.
Ensemble, ces innovations contribueront à créer un avenir où les systèmes d’automatisation industrielle seront plus adaptables, plus évolutifs et davantage capables de répondre à la demande en constante évolution.
Belden contribue à bâtir un avenir alimenté par l'Ethernet à paire unique
Pendant que l’industrie de l’automatisation industrielle passe du fieldbus traditionnel à la technologie Ethernet moderne, Belden aidera les usines à intégrer OPC UA et UAFX avec l'Ethernet à paire unique afin que toutes les parties prenantes puissent profiter des avantages.
Notre gamme de produits de câblage et de connectivité d'Ethernet à paire unique ouvre de nouvelles perspectives en matière de connexions Ethernet dans les environnements industriels.
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À propos de l'auteur
Lukas Bechtel travaille chez Belden depuis 2012, passant d’ingénieur en automatisation des tests à architecte technologique dans notre bureau de direction technique. Il est également membre du corps professoral et chercheur à l’Université d’Esslingen, où il enseigne aux étudiants l’informatique, la sécurité des réseaux et les réseaux industriels, tout en étudiant des domaines tels que l’industrie 4.0, la communication sans fil et la communication et la sécurité industrielles.