Réseau de communication

19.40 Communications

Réseaux en général. Les réseaux de communication sont utilisés pour transmettre des instructions et des données pour la surveillance et le contrôle des processus depuis de nombreuses années. Les réseaux de contrôle de processus ont utilisé diverses technologies et topologies, tout comme les réseaux commerciaux et informatiques dans des situations moins critiques. Les réseaux de contrôle de processus exigent robustesse, détermination et compatibilité.

La robustesse est une mesure de la fiabilité du réseau pour remplir sa fonction tout au long de la durée de vie de l’installation. Le concepteur d’un réseau doit évaluer le besoin de redondance des composants et du câblage du réseau, ainsi que des installations de test d’erreurs et de correction d’erreurs, afin de fournir un réseau qui répond aux besoins du système qu’il dessert. La détermination est une garantie spécifique que les messages entrent dans le réseau et atteignent leur destination dans des délais connus. Les réseaux non déterministes ne peuvent pas garantir la livraison des messages dans un délai précis, mais des technologies récentes ont permis à certains réseaux non déterministes (tels que Ethernet) de fonctionner de manière satisfaisante dans l’industrie du contrôle de processus. La compatibilité décrit la capacité du réseau à communiquer entre des équipements de différents fabricants ou fournisseurs sans conflits de protocole.

L’avantage évident d’utiliser un réseau plutôt qu’un câblage traditionnel est que toutes les données sont transmises le long d’un seul câble, réduisant ainsi considérablement le nombre de câbles à installer.

Ethernet. Les performances du CSMA / CD (carrier sense multiple access / collision detection) ont évolué vers un niveau très élevé depuis son introduction en 1973. Bien qu’il ne soit pas déterministe, le CSMA/ CD permet à chaque périphérique d’un réseau de vérifier si un autre périphérique transmet avant de tenter de transmettre et, si plusieurs périphériques transmettent simultanément, la détection de collision rejette les messages corrompus (paquets) et demande aux périphériques de renvoyer leurs messages après des temps d’attente aléatoires. Le réseau est non déterministe car il n’y a aucune garantie qu’un message atteindra sa destination à un moment précis. Cependant, les réseaux Ethernet industrialisés sont devenus si fiables qu’ils sont la norme dans l’industrie pour relier les systèmes de contrôle de processus à l’échelle du site. Les spécifications de conception Ethernet doivent être respectées en ce qui concerne la connectivité et les longueurs de câble, par exemple en utilisant un maximum de 100 m de câble en cuivre à partir d’un commutateur réseau.

Les réseaux Ethernet peuvent faire partie de réseaux locaux (LAN) ou de réseaux étendus (WAN). Bien qu’il n’existe pas de définitions précises, un système SCADA à l’échelle d’un site pour une usine de transformation serait généralement appelé un réseau local et un réseau régional reliant plusieurs sites serait considéré comme un réseau étendu.

Alors que l’Ethernet est de plus en plus répandu, il est peu probable qu’il remplace totalement d’autres protocoles réseau dans l’industrie de l’eau. L’un des inconvénients d’Ethernet est qu’il ne s’agit pas d’un système multi-drop, de sorte que chaque périphérique séparé a besoin de son propre câble individuel vers le périphérique de commutation de communication local. Bien que cela ne soit pas un problème dans une usine ou un petit bâtiment, cela peut être un problème majeur avec de grandes banques de filtres ou de réservoirs. La longueur maximale du câble du commutateur Ethernet est également plus limitée que les autres techniques (généralement 100 m). Les vitesses de communication Ethernet sont généralement de 10 à 100 Mbps (Mégabits par seconde) et certains réseaux fonctionnent actuellement à 1000 Mbps.

Un réseau de bus est un agencement dans un réseau local où un seul câble en cuivre à conducteurs multiples relie plusieurs périphériques. Le câble est le « bus » auquel les « nœuds » sont connectés. Chaque noeud correspond généralement à un équipement spécifique. Les réseaux de bus sont simples, fiables et raisonnables. Si un périphérique de nœud tombe en panne, le bus continue de fonctionner avec les périphériques fonctionnels restants. Ce n’est que si le câble du bus lui-même est cassé qu’il y aurait de graves problèmes de communication sur le réseau. Les réseaux de bus fournissent un moyen simple d’expansion car ils permettent généralement d’ajouter des nœuds assez facilement.

Les limites des réseaux de bus sont principalement les propriétés physiques du câble de bus lui-même. À mesure que la longueur du câble augmente, les pertes affectent la fiabilité des données transmises. Par conséquent, la topologie du réseau de bus nécessite une bonne conception. D’autres topologies de réseau telles que « ring » ou « star » peuvent parfois offrir une meilleure flexibilité et peuvent être moins chères.

Lorsqu’une liaison point à point est nécessaire, une liaison par fibre optique peut être utilisée pour prolonger la distance réalisable et fournir une protection contre la foudre, mais cela ne convient pas aux connexions multiples sans dispositifs de commutation supplémentaires.

Profibus est une technologie de bus que l’industrie a généralement adoptée. Profibus est un système de communication numérique haute vitesse qui utilise un seul câble (bus) pour relier les périphériques. De nombreux fabricants d’équipements électriques, électromécaniques et d’instrumentation proposent désormais des produits compatibles Profibus. Il est courant de relier un certain nombre d’éléments d’usine connexes par un réseau Profibus tout en reliant cette zone d’usine à d’autres zones d’usine par un réseau différent tel qu’Ethernet. Comme pour les réseaux Ethernet, il est important que la conception d’un réseau Profibus soit conforme aux spécifications Profibus.

Il existe trois types de Profibus, à savoir le Protocole distribué (DP), l’automatisation des processus (PA) et ProfiNET. La spécification Profibus comporte deux parties : le langage utilisé qui est commun aux trois types de Profibus (appelés communications de la couche applicative) et le support physique qui est différent dans chaque cas. ProfiNET n’est pas une technologie de bus unique puisqu’elle fonctionne sur Ethernet, mais elle permet des communications Profibus sur des réseaux Ethernet.

Au Royaume-Uni, WIMES 3.02 (2014) suggère une vitesse Profibus DP de 1,5 Mbit / s (ce qui limite la longueur du câble du segment à 200 m), mais la plupart des œuvres peuvent fonctionner avec succès avec des vitesses réseau de 500 Kbit / s (longueur de câble de 500 m) ou même 187,5 Kbit / s (longueur de câble de 1000 m). Les réseaux à faible vitesse sont mieux en mesure de résister au bruit et aux interférences, mais les données prennent un peu plus de temps (probablement 0,5 seconde de plus) pour traverser le réseau. Cela n’est pas considéré comme un problème sur une usine de traitement de l’eau où les temps d’échantillonnage des instruments peuvent être de plusieurs ordres supérieurs à cela.

Alors que le câblage réseau est relativement simple (paire torsadée dans les deux cas), il vaut la peine d’investir dans un jeu de tests de diagnostic qui vérifiera l’état du réseau en temps réel. Différentes versions sont disponibles: Profitrace2 de Procentec et le module de diagnostic de bus de terrain de Pepperl & Fuchs sont deux unités.

Il est important d’actualiser rapidement les écrans SCADA à partir des données stockées sur le PC local, sinon les opérateurs ne pourront pas utiliser le système si l’écran ne se rafraîchit pas rapidement lors du passage d’un écran à un autre. Cependant, le fait que les données de terrain prennent 1 à 2 secondes pour passer de l’instrument de terrain au PC n’est pas un problème (une vitesse de réseau Profibus DP de seulement 93,75 Kbit / s y parviendra facilement). Ce « retard » n’affectera pas la plupart des processus de traitement de l’eau et peut réduire les coûts d’installation et rendre le réseau plus résistant au bruit et aux interférences.

Les réseaux de communication de données sans fil sont devenus très populaires pour un usage commercial et domestique et pour certaines applications de surveillance des processus, mais son utilisation pour le contrôle de l’usine pose de nombreux problèmes de sûreté et de sécurité. Pour ces raisons, les réseaux sans fil ne devraient être utilisés pour le contrôle de l’installation qu’après un examen attentif et lorsque les systèmes directement connectés ne sont pas pratiques ou impossibles à installer.

Les technologies sans fil telles que la radio et les micro-ondes de faible puissance ont été utilisées pour le contrôle de certains équipements, mais doivent toujours être utilisées avec prudence, car les risques associés à la protection des végétaux et à la sécurité du personnel doivent toujours être pris en compte. En règle générale, ces technologies sont utilisées sur des zones relativement petites et principalement pour transmettre des signaux de surveillance de l’état.

Configuration à distance. Les dernières implémentations de Profibus et Ethernet permettent à l’ingénieur de configurer tous les périphériques du réseau à partir d’un emplacement central. Les deux paquets principaux utilisent FDT/DTM (Field Device Type/Device Type Manager) ou EDDL (Extended Device Description Language) pour communiquer avec les instruments.