Les progrès incroyables réalisés ces dernières années dans les domaines de l'intelligence artificielle et de la robotique ont fait progresser l'automatisation, notamment l'automatisation industrielle et le contrôle automobile.

Découvrez comment les réseaux d'automatisation évoluent

La technologie TSN offre de nombreux avantages aux réseaux d'automatisation industrielle modernes en fournissant une largeur de bande élevée et une communication en temps réel fiable et sûre.

Pourquoi le TSN ?

Le réseau TSN peut être exploité pour diverses applications, non seulement en raison de ses avantages technologiques, mais aussi de son coût total de possession (CTP) réduit. Le remplacement des commutateurs existants par des commutateurs TSN peut représenter un coût supplémentaire, mais celui-ci est généralement inférieur à celui de la duplication des réseaux et de la maintenance des réseaux supplémentaires.

Dans les réseaux d'automatisation, le TSN permet la convergence de nombreux petits réseaux déconnectés en une structure de réseau unifiée. Ce nouveau réseau peut répondre aux exigences de communication en temps réel à plus grande échelle, tout en offrant une plus grande largeur de bande pour les données de fond. Jetez un coup d'œil à quelques cas d'utilisation montrant les avantages de la convergence des réseaux sur différents marchés.

Découvrez notre portefeuille de capacités TSN

Belden s’engage à faire évoluer la technologie TSN et à fournir des commutateurs Ethernet industriels répondant aux normes de qualité les plus élevées possibles. Découvrez notre portefeuille en constante expansion d'appareils et de solutions logicielles compatibles TSN, qui garantissent une communication fiable et indépendante du fournisseur.

La transformation de l'automatisation industrielle

Les marchés de l'automatisation industrielle sont stimulés par la transition de l'industrie 3.0 à l'industrie 4.0 ou l'usine intelligente, une partie de l'Internet industriel des objets (IIoT). Cette transition est généralement illustrée par le passage de la pyramide de l'automatisation au pilier de l'automatisation.

Le modèle pyramidal, que les industries suivent depuis plusieurs décennies, sépare strictement les couches fonctionnelles depuis l'atelier de l'usine (le niveau du champ) jusqu'aux systèmes de gestion au sommet. La communication de données en temps réel se fait généralement au niveau du champ, où se trouvent les capteurs et les actionneurs, et entre le champ et le contrôleur.

Le pilier de l'automatisation dans un environnement de production IIoT (industrie 4.0) a toujours un niveau de champ sur l'atelier de l'usine, mais le nombre total de capteurs au niveau du champ est considérablement plus élevé pour permettre une analyse et un contrôle beaucoup plus étroits des fonctions de fabrication.

Dans le pilier de l'automatisation, le niveau du contrôleur disparaît. Certaines des fonctions de contrôle sont transférées au niveau du champ sous forme d'unités de contrôle distribuées, qui sont utilisées pour des réactions extrêmement rapides et fiables, comme pour les fonctions de sécurité. D'autres unités de contrôle se déplacent vers le niveau de gestion (épine dorsale de l'usine) en tant qu'unités de contrôle centralisées (“API virtuel”).

Les fonctions de commande virtuelles ou les automates programmables virtuels (API), hébergés dans le cloud d'automatisation local, interagissent directement avec le processus de production via la couche de connectivité. La virtualisation des PLC offre une flexibilité maximale ; ils peuvent être ajoutés et supprimés, et la puissance de calcul peut être allouée là où elle est le plus nécessaire.’ Les applications de la dorsale de l'usine n'ont même pas besoin d'être situées physiquement à proximité des applications au niveau du terrain.’ Ils peuvent être situés n'importe où : dans le service informatique ou même dans un centre de données éloigné de l'usine, en fonction de la latence (délai) maximale de bout en bout que les applications autorisent. Cette flexibilité dans les processus de contrôle se traduit par une flexibilité dans le processus de production.

Entre le niveau du champ et le dorsal de l'usine se trouve un niveau de connectivité. Les performances des réseaux à haut débit et à faible latence sont nécessaires tant au niveau du champ qu'au niveau de la connectivité. En outre, la couche de connectivité achemine le trafic de fond de moindre priorité de manière à ne pas ralentir le trafic critique. C'est là que le TSN entre en scène.

FIGURE : passer de la pyramide de l'automatisation au pilier de l'automatisation.

Reconnaître la nécessité du TSN dans l'environnement IIoT

La couche de connectivité du pilier « automatisation » peut être considérée comme l'autoroute de l'information entre l'épine dorsale de l'usine et la couche du champ. Le trafic se compose de données essentielles à la mission et de données moins urgentes. La couche de connectivité doit acheminer tout le trafic là où il va, mais les données critiques sont urgentes ; elles doivent atteindre leur destination à temps.’ Lorsque vous construisez un réseau pour acheminer le trafic urgent et non urgent, vous avez quatre options :

• Utiliser le TSN, qui permet aux données urgentes et moins urgentes de partager la connexion réseau, tout en empêchant le trafic moins urgent d'entraver le flux du trafic plus urgent.
• Construire des réseaux séparés pour les différentes applications — est une option coûteuse.
• Surdimensionner massivement l'infrastructure réseau, une approche largement utilisée mais extrêmement coûteuse appelée surdimensionnement de la largeur de bande.
• Vivez avec les retards de circulation dans les données critiques pour la mission, ce qui n'est généralement pas une option viable.’

Parmi ces quatre options, le choix évident est la première option — utiliser TSN.

TSN – Une nouvelle évolution dans les réseaux critiques

Dans les systèmes hautement automatisés, la communication en temps réel est essentielle et parfois vitale. Imaginez une voiture autonome hésitant à freiner face à un piéton sur sa trajectoire ou des robots sur une chaîne de montage recevant des instructions différées de l’ordinateur qui synchronise leurs mouvements.’

Plusieurs technologies de communication en temps réel, notamment EtherCAT, PROFINET IRT et Sercos III, sont utilisées pour assurer des communications en temps voulu, mais elles présentent des problèmes de compatibilité et offrent une prise en charge limitée, voire nulle, des améliorations futures telles que l'augmentation de la largeur de bande.

La mise en réseau temporelle surmonte ces limites en fournissant les trois éléments essentiels suivants :

• Communication fiable en temps réel
• Une largeur de bande élevée pour prendre en charge le grand nombre de capteurs et de données de base qui circulent sur les réseaux d'automatisation
• Rétrocompatibilité avec les dispositifs Ethernet

Réseaux Ethernet orientés vers l'avenir de TSN

TSN porte la norme Ethernet IEEE* 802 à un niveau supérieur pour répondre aux exigences des réseaux d'automatisation actuels et futurs. TSN offre une faible latence de bout en bout sans précédent, ainsi qu'une précision de livraison de trame avec une très faible gigue supérieure à tout ce qui était possible avec la technologie standardisée IEEE 802.1. La normalisation dans le cadre de l'IEEE 802.1 et de l'IEEE 802.3 garantit l'interopérabilité entre les différents fournisseurs, une large portée commerciale, l'évolutivité avec les futures augmentations de vitesse d'Ethernet et la sécurité en matière d'investissement.

* Institut des ingénieurs électriciens et électroniciens

Depuis la création de l'initiative FLC (Field Level Communications) au sein de la Fondation OPC en novembre 2018, les choses sont claires : la combinaison technologique d'OPC UA et d'IEEE TSN en tant que technologie de communication indépendante des fournisseurs bénéficie d'un large soutien, non seulement sur le papier, mais aussi dans la mise en œuvre technique. Belden a soutenu ce développement dès le début.

• Belden est un pionnier de l’Ethernet industriel TSN et redéfinit constamment les limites de cette technologie.
• Belden excelle dans la synchronisation horaire. Les commutateurs Hirschmann sont utilisés dans les applications les plus exigeantes qui nécessitent un timing précis.
• Les solutions logicielles de gestion de réseau Belden permettent la configuration et l'exploitation de réseaux ILOT modernes. 

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