Le futur des réseaux industriels.

Jörgen Palmhager et Leif Malmberg de HMS Industrial Networks nous font découvrir les coulisses de la nouvelle génération de technologie de communication industrielle.

Les réseaux Ethernet industriels modernes vont bien au-delà des fonctionnalités Ethernet standard. L'amélioration des performances réseau et l'ajout constant de nouvelles fonctionnalités stimulent la demande pour les machines ayant besoin de communiquer via ces réseaux. En Suède, HMS Industrial Networks développe des solutions de communication permettant aux dispositifs d'automatisation industrielle de communiquer via différents réseaux. Ici, une nouvelle génération de technologie de communication prend forme, prête à relever les défis posés par les applications et réseaux Ethernet industriels modernes. Cette technologie repose sur un tout nouveau type de processeur réseau.

"Pour comprendre la nouvelle technologie, il faut d'abord regarder dans le rétroviseur », explique Jörgen Palmhager, directeur de l'exploitation chez HMS. "À l'époque du lancement des réseaux Ethernet industriels au début des années 2000, les fabricants d'équipements et de machines ont dû faire face à une difficulté inédite : maintenir leurs appareils compatibles avec les réseaux de bus de terrain existants, tout en assurant leur prise en charge sur les nouveaux réseaux Ethernet industriels. Chez HMS, nous nous sommes rendu compte que cela supposait de concevoir un processeur réseau spécialisé, doté des fonctionnalités, du prix, de la taille et de performances répondant à l'ensemble des besoins".

Ainsi est né Anybus NP30, processeur réseau monopuce rassemblant un processeur, un contrôleur et une API dans des dimensions très compactes (10x10 mm). Il inclut également une mémoire flash permettant d'enregistrer des données sur la puce elle-même.


"Au cours des dernières années, nous avons constaté que l'Ethernet industriel exigeait des performances accrues et une nouvelle architecture", déclare Jörgen Palmhager.  "Les nouveaux réseaux Ethernet industriels se spécialisent de plus en plus, ce qui place une charge supplémentaire sur les processeurs réseau, qui doivent gérer la traduction entre les différents réseaux et protocoles. Pour résumer, on peut dire qu'il faut transférer davantage de données, tout en étant plus flexible en ce qui concerne les différentes caractéristiques des réseaux".

Pour répondre à cette demande, HMS présente aujourd'hui le modèle Anybus NP40, un processeur réseau monopuce comprenant un cœur ARM hautes performances et un composant FPGA (Field-Programmable Gate Array). Le matériel est de type Flash et l'architecture conçue pour allier performances et flexibilité dans une seule puce.

Le composant FPGA permet d'implémenter les différentes interfaces Ethernet en temps réel, tandis que le cœur ARM sert à exécuter le protocole et les piles applicatives. Le NP40 étant de type Flash, il peut être reprogrammé pour plusieurs réseaux Ethernet industriels différents. Cela signifie qu'une seule plateforme matérielle peut prendre en charge différents réseaux simplement en téléchargeant le micrologiciel adéquat. "Cette nouvelle technologie simplifie la vie des fabricants de matériel, car ils peuvent ainsi installer un module de communication dans un produit, puis télécharger le logiciel dont ils ont besoin pour établir la connexion à différents réseaux", explique Jörgen Palmhager.

Nous estimons que cette nouvelle technologie associant un processeur plus rapide et un composant FPGA permet d'obtenir une plateforme à l'épreuve du temps"», poursuit-il". Les utilisateurs bénéficient ainsi de tous les avantages. Ils obtiennent la vitesse et la précision requises par les applications les plus exigeantes, et bénéficient de la flexibilité de s'adapter à différents réseaux en téléchargeant simplement un nouveau micrologiciel.



Trois formats
Leif Malmberg est chef de gamme de produit pour les solutions intégrées chez HMS. Il a constaté depuis un certain temps déjà la tendance du secteur de l'automatisation en faveur de solutions complètes, à différents formats. "Nos clients ont besoin de solutions complètes en termes de fonctionnalités, de support, de conseils et de maintenance », déclare-t-il. « Ils ont toutefois besoin de différents formats pour leurs solutions de connectivité, qui dépendent du degré d'intégration qu'ils souhaitent avoir pour leurs solutions. La majorité des utilisateurs continue de nous demander un module complet pouvant être branché sur leurs machines pour obtenir une connectivité réseau, mais certains ont besoin d'une carte réseau semi-complète pouvant être montée sur la carte mère et équipée de connecteurs réseau propriétaires. D'autres encore ont seulement besoin du processeur réseau, qu'ils utilisent pour concevoir leur propre solution".

C'est la raison pour laquelle HMS propose désormais son offre CompactCom intégrée en trois formats : une puce, une brique et un module, ce qui permet aux utilisateurs de choisir le degré d'intégration de leur solution de communication. Il peut s'agir d'implémenter une puce de communication et de concevoir le reste du matériel en interne, de monter une brique et d'y brancher ses propres connecteurs ou de brancher un module de communication prêt à l'emploi.  "Nous proposions déjà en quelque sorte les trois options avec le NP30 ", précise Leif Malmberg, " mais avec le nouveau concept intégré, nous avons progressé dans l'élargissement de notre offre, grâce à une nouvelle plateforme technologique déclinée en plusieurs formats".


Sécurité, énergie et autres tendances
Les performances et la flexibilité accrues sont certes les principales tendances influençant cette nouvelle technologie, mais d'autres facteurs liés au secteur jouent également un rôle important. La sécurité intégrée en fait partie, de nombreuses usines recherchant des façons d'intégrer des réseaux de sécurité à leurs réseaux standard. Pour cette raison, HMS met actuellement au point un nouveau module de sécurité assurant les communications entre les équipements industriels et un réseau de sécurité.

Les économies d'énergie représentent une autre grande tendance : les entreprises essaient de devenir plus respectueuses de l'environnement, de réaliser des économies et de se conformer aux législations plus strictes en matière de consommation d'énergie et d'émissions.  "Nous constatons cette tendance de manière claire" , déclare Jörgen Palmhager.  "Elle se manifeste à travers les profils énergétiques émergents tels que PROFIenergy, mais aussi de manière plus globale dans la société. Nous voyons souvent des installations industrielles où le taux d'utilisation des différentes machines est inférieur à 40 %. Dans la plupart des cas, ces machines consomment presque autant d'énergie lorsqu'elles sont en mode veille qu'en fonctionnement, ce qui laisse supposer un fort potentiel d'économies réalisé simplement en mettant automatiquement hors tension les machines lorsqu'elles ne sont pas utilisées. Autre exemple flagrant, les conséquences du tremblement de terre et du tsunami qui ont ravagé le Japon l'année dernière. La pénurie d'énergie liée au dysfonctionnement des réacteurs de la centrale de Fukushima a poussé les entreprises à essayer d'économiser de l'énergie par tous les moyens, et les appareils industriels à faible consommation d'énergie font toujours l'objet d'une forte demande".

Les nouveaux réseaux Ethernet fournissent davantage de fonctionnalités et facilitent l'accès aux applications industrielles. Cette évolution renforce encore davantage le besoin de prendre en compte certains aspects liés à la sécurité, tels que la prévention des accès frauduleux, tant au niveau global de l'usine qu'à celui de chaque équipement.  "Il est crucial pour nous de proposer des solutions plus sécurisées, et un nombre croissant de clients nous le demandent », affirme Jörgen Palmhager. « Une autre demande croissante liée à Ethernet est la fourniture de produits prenant en charge le nouveau protocole Internet version 6 (IPv6). Certaines de nos solutions exécutent d'ores et déjà ce protocole, qui va s'imposer de plus en plus comme un impératif au fil du temps".

Leif Malmberg

L'avenir est déjà là
Bien que la commercialisation de la nouvelle génération de solutions de communication sous forme de modules standard ne soit pas prévue avant 2013/2014, des clients pilotes ont déjà commencé à utiliser cette nouvelle technologie. "À l'heure actuelle, nous implémentons notre nouvelle technologie basée sur le NP40 chez des clients pilotes et la développons en partenariat pour nous rapprocher au maximum des utilisations en usine », explique Jörgen Palmhager. Leif Malmberg poursuit : « nous constatons un grand intérêt vis-à-vis de cette nouvelle technologie, tout particulièrement auprès des sociétés travaillant dans les secteurs des moteurs et du mouvement. Les membres du groupe de constructeurs allemands AIDA et leurs fournisseurs seront sans aucun doute les premiers à adopter cette nouvelle technologie".

HMS constate qu'il existe toujours une demande vis-à-vis de solutions de communication complètes, aux termes de laquelle les fabricants de matériel préfèrent bénéficier de conseils et d'assistance tout au long du processus d'implémentation plutôt que de concevoir eux-même une solution. "Ce besoin est constant depuis des années ", estime Leif Malmberg. " Les constructeurs de machines et d'équipements considèrent comme un atout considérable le fait de pouvoir se concentrer sur leur activité de conception en faisant appel à un partenaire pour la communication réseau".

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