LA CONNECTIVITESANS FIL DANS LE CONTRÔLE

 

Au fil du temps, de nombreuses technologies sans fil ont fait leur apparition pour soutenir des liaisons souples pour les réseaux industriels et les applications de contrôle de processus par un ensemble de capacités allant de solutions matérielles en temps réel à des solutions peu coûteuses. Les inquiétudes concernant la sécurité et la fiabilité des technologies de communication sans fil dans le secteur industriel ont limité leur développement. Mais les technologies récentes sont de plus en plus capables de soutenir des systèmes industriels sans fil robustes, fiables et sécurisés, y compris les solutions LAN sans fil basées sur Ethernet.

L'utilisation des communications industrielles sans fil ouvre aujourd'hui de nombreuses nouvelles possibilités pour des solutions d'automatisation extrêmement flexibles et efficaces. Les avantages sont nombreux, notamment au niveau des économies de coûts d'installation car il est inutile de câbler un réseau filaire - un avantage particulièrement sensible sur les longues distances. Il faut également citer les économies d'échelle grâce à l'intégration facilitée des nœuds, les économies opérationnelles provenant d'une surveillance plus poussée et plus rapide, ainsi qu'un fonctionnement bien plus sûr dans les environnements dangereux où, auparavant, il aurait fallu faire appel à un opérateur pour faire un relever ou activer une vanne, par exemple.

La plage de fréquences sans fil et de protocoles disponibles pour l'automatisation des processus, associée aux différentes exigences de performance jusqu’aux réponses en temps réel, ont créé

une industrie fragmentée. Il existe un éventail de fréquences non licenciées, qui vont des variantes inférieures à 1 GHz dans différentes régions du monde – telles que la bande 915 MHz en Amérique, 868 MHz en Europe et 920 MHz au Japon – jusqu'à la bande unifiée 2,4 GHz ISM (Industrielle, Scientifique et Médicale).

 

Industrial Wireless LAN

En réponse aux besoins de niveaux de données beaucoup plus élevés et de plus grandes capacités de mise en réseau, la technologie Industrial Wireless LAN (IWLAN) se développe rapidement dans le secteur de l'automatisation industrielle.

Cette technologie est aussi particulièrement adaptée aux applications industrielles difficiles exigeant des communications radio fiables et sûres de bout en bout. IWLAN est une extension des normes IEEE 802.11a/b/g/n offrant entre 54-Mbits/s jusqu'à un potentiel de centaines de Mbits/s. Outre les débits de données plus élevés que sur les autres systèmes sans fil et la possibilité d'utiliser des applications telles que le streaming vidéo par exemple, cette technologie autorise aussi la transmission de données avec d'autres appareils mobiles, ce qui entraîne une importante augmentation de l'efficacité des processus. Cette technologie est également particulièrement adaptée aux applications industrielles difficiles exigeant

des communications radio fiables et sécurisées de bout en bout. Les réseaux Ethernet existants peuvent être mis à niveau par jusqu'à 96 points d'accès sans exiger de modifications de l'infrastructure réseau, ce qui ouvre des possibilités totalement nouvelles, telles que l'utilisation de Voix-sur-IP, la vidéo ou l'accès Internet sur un seul réseau sans fil. On peut ainsi gérer en toute fiabilité différents services, exigences de sécurité et critères d'accès pour que tous les utilisateurs puissent se servir du même réseau sans fil.

L'un des grands acteurs des communications IWLAN sans fil est Siemens, qui propose aussi toute une gamme d'équipements pour réseaux distants sans fil ou solutions basées sur WirelessHART. Tous ses produits peuvent être utilisés à l'intérieur comme à l'extérieur, dans les conditions les plus agressives ; ils offrent également fiabilité, robustesse et sécurité. La gamme SCALANCE W de composants industriels pour réseau Ethernet

comporte des points d'accès, des modules clients et différents accessoires tels que les antennes et alimentations secteur Par exemple, le point d'accès SCALANCE W786-2RR permet d'établir des réseaux sans fil très fiables avec approbation dans les bandes ISM sans licence à 2,4 GHz ou 5 GHz.

Siemens possède de nombreuses applications industrielles dans le secteur IWLAN, y compris le contrôle des grues (voir la Figure 1) et les systèmes automatiques de véhicules guidés dans un terminal pour conteneurs (voir la Figure 2).

 

Figure 2 – Applications IWLAN basées sur contrôleur avec un grand nombre de points d'accès, par exemple dans un terminal pour conteneurs

 

Bluetooth

Bluetooth est bien entendu très connu en tant que technologie de données sans fil sur les marchés des produits de consommation, mais elle commence aussi à s'imposer sur les marchés industriels. Offrant une capacité de transmission de données de plusieurs mégaoctets par seconde, elle fonctionne, comme IWLAN, dans la bande ISM 2,4 GHz et offre une communication sans fil fiable avec des composants d'automatisation, tout en étant rapide et facile à mettre en œuvre, Parmi les avantages de cette technologie citons : installation facile et sûre grâce à une configuration largement automatique ; transmission de données extrêmement fiable et robuste grâce à des canaux de transmission redondants et à la correction intégrée des erreurs ; exploitation parallèle sans interférences de plusieurs chemins Bluetooth sans fil ou chemins Bluetooth sans fil et systèmes WLAN, grâce à l'utilisation efficace des écarts de fréquence ; enfin, une portée de transmission pouvant aller jusqu'à plusieurs centaines de mètres. L'un des grands acteurs des appareils Bluetooth à usage industriel est Pheonix Contact, qui propose des produits tels que sa gamme PSI de convertisseurs Bluetooth convertissant les interfaces série RS-232, RS-422 et RS-485 en Bluetooth, pour qu'une connexion point à point ou multipoints devienne possible, ou pour les utiliser comme point d'accès pour les appareils compatibles Bluetooth tels que les notebook ou autres appareils portables intelligents afin d'interroger l'état opérationnel ou d'effectuer la programmation ou les diagnostics.

 

WirelessHART

Les solutions à faible latence peuvent être cruciales pour les applications exigeant une capacité en temps réel, comme la surveillance des processus critiques. Les versions sans fil des protocoles fieldbus tels que WirelessHART – une technologie de mise en réseau pair à pair des capteurs sans fil apportant des capacités sans fil au Highway Addressable Remote Transducer Protocol (HART) – offrent un moyen d'obtenir des performances en temps réel de manière plus flexible, avec des liaisons sans fil. Cette technologie est basée sur la bande sans licence 2,4 GHz utilisée par d'autres technologies – telles que WiFi ou Bluetooth, ou encore ZigBee – et inclut une sécurité et une protection contre les interférences pour que chaque paquet d'informations soit livré dans des délais définis. Ce protocole permet aux utilisateurs

de bénéficier rapidement et facilement des avantages de la technologie sans fil tout en conservant la compatibilité avec les appareils, outils et systèmes HART existants.

Le protocole WirelessHART est une norme ouverte conçue pour les appareils tels que les capteurs connectés sur la boucle analogique 4-20 mA et offrant un débit données de 250 kb/s. Il utilise une architecture chrono-synchronisée en mailles auto-organisées et auto-réparées et inclut plusieurs fonctionnalités afin d'offrir une fiabilité intégrée de bout en bout de 99,9 % dans tous les environnements industriels, comme le changement de canal pour éviter les interférences et autoriser la coexistence avec d'autres réseaux sans fil. La fonction Clear Channel Assessments recherche les canaux disponibles alors que la mise sur liste noire évite les canaux fréquemment utilisés et optimise la bande passante et le délai du signal. La chrono-synchronisation offre une messagerie en temps réel pour les liaisons sensibles au temps vers l'interface, alors que la topologie réseau auto-réparatrice signifie que les ruptures ou défaillances n'ont pas d'impact sur le transfert de données. Chaque dispositif du réseau en mailles peut servir de routeur pour les messages provenant d'autres dispositifs. Ainsi, un dispositif n'a pas à communiquer directement avec une passerelle mais peut transmettre son message au dispositif suivant le plus proche, ce qui augmente considérablement la portée du réseau et fournit des voies de communication redondantes pour une plus grande fiabilité.

La sécurité est aussi une considération clé pour un réseau industriel. Dans ce domaine, WirelessHART emploie des techniques de sécurité pour fournir les plus hauts niveaux de protection disponibles via le cryptage AES 128 bits et une clé de cryptage unique pour chaque message, en plus de l'authentification des dispositifs.

 

Grande portée sans fil

Enfin, une gamme de produits sans fil sont disponibles via RS, notamment des boutons poussoir Schneider Electric, des contacts sans fil de sociétés telles que Honeywell et Steute, et des produits de point d'accès LAN sans fil de Pheonix Contact. De plus, les tout nouveaux capteurs industriels sans fil incluent désormais ceux de JUMO, comme sa sonde de température transmetteur RTD (Resistance Temperature Detector) Wtrans. Le transmetteur Wtrans est conçu pour être utilisé avec un récepteur Wtrans pour la détection statique ou mobile des températures dans une plage opérationnelle de –30 à +260 °C ou –200 à +600 °C. L'électronique de transmission de la sonde est insensible aux vibrations alors que le boîtier résiste aux graisses et acides. Les fréquences radio du système de mesure Wtrans (868,4 MHz pour l'Europe ou 915 MHz aux États-Unis) sont largement insensibles aux interférences externes et autorisent la transmission même en milieu industriel agressif.

Pour obtenir un complément d’information, consulter : www.rs-components.com/ wireless-automation

 

 

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