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PROFINET

PROFINET est le standard de communication pour l'automatisation de PROFIBUS & PROFINET International (PI).
Sa gamme modulaire de fonctions fait de PROFINET un système flexible pour toutes les applications et tous les marchés. PROFINET est la solution de mise en réseau de l'automatisation de la production et des processus, depuis les applications ayant des exigences de sécurité fonctionnelle et tout le spectre de la technologie d'entraînement jusqu'aux applications de contrôle de mouvement isochrone.
L'utilisation de profils d'application permet une utilisation optimale de PROFINET dans tous les domaines de l'ingénierie de l'automatisation.
PROFINET répond à toutes les exigences de la technologie de l'automatisation

Les dix raisons de choisir PROFINET

1. La facilité d'utilisation
La convivialité de PROFINET minimise les coûts d'installation, d'ingénierie et de mise en service pour les constructeurs de machines et d'installations.
Le propriétaire du système profite de la facilité d'extension du système, de la grande disponibilité du système et d'une communication rapide et efficace.

 2. Une topologie de réseau flexible
PROFINET est un réseau Ethernet commuté. Afin de rendre l'opération rentable et facile, de nombreux appareils PROFINET disposent déjà d'un commutateur avec deux ports ou plus intégrés. PROFINET est complètement compatible avec Ethernet selon les normes IEEE et répond aux exigences du système grâce à sa topologie flexible.
Les structures en ligne, en anneau et en étoile sont faciles à mettre en oeuvre avec des câbles en cuivre et en fibre optique. PROFINET permet la communication sans fil avec WLAN et Bluetooth.

3. Diagnostic intégré
PROFINET comprend des concepts de diagnostic intelligent pour les appareils de terrain et les réseaux. Les données de diagnostic transmises de manière acyclique fournissent des informations importantes sur l'état des appareils et de la communication et permettent une représentation conviviale du réseau.

4. La sécurité intégrée
PROFIsafe, la technologie testée et éprouvée pour la sécurité fonctionnelle de PROFIBUS, est également disponible pour PROFINET. La possibilité d'utiliser
le même câble pour les communications standards et de sécurité permet de réaliser des économies sur les appareils, l'ingénierie et la configuration.

5. Haute disponibilité
PROFINET intègre des solutions de redondance à réponse automatique. Les concepts définis pour la redondance du système et la reconfiguration dynamique (DR) augmentent considérablement la disponibilité du système.

6. Temps réel évolutif
La communication se fait par le même câble dans toutes les applications, des tâches de contrôle simples aux applications de contrôle de mouvement très exigeantes. Pour les tâches de contrôle en boucle fermée de haute précision, une transmission déterministe et isochrone des données de processus critiques en termes de temps avec une gigue inférieure à 1 μs est possible.

7. Une base système puissante
PROFINET répond aux exigences les plus diverses grâce à sa communication cohérente basée sur l'Internet. De la configuration des paramètres à forte intensité de données à la transmission extrêmement rapide des données d'E/S, PROFINET permet l'automatisation en temps réel et l'intégration  informatique avec un seul système. Il s'agit d'une exigence de base pour l'Industrie 4.0.

8. Soutien à l'optimisation énergétique
Grâce au profil PROFIenergy intégré dans les appareils PROFINET, la consommation d'énergie d'un système d'automatisation peut être mesurée selon une méthode normalisée et contrôlée en activant et en désactivant sélectivement des fonctions sans matériel supplémentaire.

9. Intégration des capteurs/actionneurs
IO-Link, la technologie d'E/S normalisée au niveau mondial (CEI 61131-9) pour communiquer avec des capteurs et des actionneurs, peut être intégrée de manière optimale dans PROFINET. Cela permet une communication numérique jusqu'au niveau de l'actionneur/capteur.
Il en va de même pour les interfaces capteur / actionneur établies dans l'industrie des procédés. Pour les interfaces 4 - 20 mA, HART et PROFIBUS PA, des options d'ingénierie, de diagnostic et de maintenance universelles sont disponibles.

10. Soutien global
Grâce à son réseau de centres de compétences, l'organisation PROFIBUS & PROFINET International (PI) offre des formations et des consultations solides dans le monde entier. L'établissement d'un processus de certification éprouvé permet d'atteindre un niveau de qualité élevé pour les produits PROFINET et leur interopérabilité dans les systèmes.

Pour plus d'information sur la technologie PROFINET, téléchargez "PROFINET Description système" dans la section "téléchargement"

 

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PROFIsafe


Normes internationales de bus de terrain et de sécurité pour l'automatisation des processus

1. Normes internationales
Dans la Figure ci-dessus, vous trouverez une sélection similaire des normes CEI et ISO adaptées aux exigences de l'automatisation des processus. Ici, la norme sectorielle CEI 61511 tient compte de la situation particulière d'une expérience de longue date (« éprouvée en service ») avec des instruments de procédé très sensibles et un environnement électromagnétique spécifique dans ce domaine.
Ainsi, la norme sectorielle CEI 61326-3-2 tient compte de ces exigences CEM.

2. Exigences remplies

Dès le début, l'intention de PROFIsafe était de définir une solution complète et efficace pour le développeur d'appareils de sécurité et l'utilisateur final. Le protocole PROFIsafe est adapté aux réseaux PROFIBUS et PROFINET sans impact sur ces normes de bus de terrain existantes. Il est possible de transmettre des messages de sécurité sur les câbles de bus standard existants en coexistence avec des messages standard (Figure 4).

Figure 4 : Approche à « canal unique »
Cette approche « à canal unique » permet également d'utiliser des automates programmables standard avec un traitement de sécurité intégré mais logiquement séparé. De cette façon, la redondance des médias pour obtenir une plus grande disponibilité pourrait être réalisée comme une option. La séparation physique de la communication standard et de la communication de sécurité est bien sûr également soutenue, sans aucun inconvénient induit par PROFIsafe. Même dans ce cas, les utilisateurs peuvent toujours bénéficier de la technologie commune PROFIsafe sur les différents réseaux de communication.

Figure 5 : Le principe du « Canal noir »
Le protocole PROFIsafe n'a aucune incidence sur les protocoles de bus standard. D'autre part, il est complètement indépendant du canal de transmission de base et fonctionne aussi bien sur des câbles en cuivre, des fibres optiques, des liaisons de communication sans fil ou des fonds de panier. Par  exemple, PROFIsafe ne fait aucune hypothèse concernant les taux de transmission ou les mécanismes de détection des erreurs. C'est ce qu'on appelle le principe du « canal noir » (Figure 5).

Figure 6 : Voies de communication de sécurité complètes
Le protocole PROFIsafe élimine la nécessité d'une évaluation de la sécurité des communications individuelles de la carte-mère ou d'autres voies de transmission au-delà des réseaux PROFINET et PROFIBUS. Par conséquent, il sécurise l'ensemble du chemin entre le lieu d'origine d'un signal de sécurité (par exemple, le module F d'un appareil d'entrée/sortie distant) et le lieu où il est traité (hôte F) et vice versa (Figure 6).

Le protocole PROFIsafe peut être utilisé pour des applications de sécurité jusqu'à SIL3 selon la norme CEI 61508 /CEI 62061, ou PL « e » /catégorie 4  selon la norme ISO 13849.

Les paramètres du protocole PROFIsafe sont définis, maintenus et conçus avec les moyens standards de PROFIBUS ou PROFINET, c'est-à-dire via GSD.
Toutefois, les paramètres doivent être sécurisés pendant le stockage, l'interprétation, l'attribution de valeur et le transfert de l'outil de configuration au contrôleur d'E/S ou au Maître DP et, de là, à l'appareil F. Il doit y avoir le même ensemble de paramètres PROFIsafe (protocole) pour tous les appareils F  ou modules F d'un appareil d'E/S distant afin de garantir une manipulation uniforme (appelé paramètre F).

Les paramètres de sécurité individuels d'un appareil F sont spécifiques à la technologie, par exemple les entraînements avec sécurité intégrée, les scanners laser, etc. Le traitement de ces iParamètres via GSD impliquerait des efforts considérables et des dépendances inutiles. Il doit donc être possible pour les développeurs d'appareil F d'intégrer leurs outils individuels de configuration, de paramétrage et de diagnostic (outils CPD) via des interfaces appropriées dans les outils d'ingénierie des fournisseurs de systèmes. Cela facilite la navigation et la communication vers l'appareil F ou le  module F spécifique.

Pour un remplacement rapide des appareils F en cas de panne, le système doit prendre en charge la fonctionnalité « Sauvegarde et restauration » pour les paramètres de sécurité individuels (iPar-Server) de manière uniforme. Habituellement, le serveur F ou le contrôleur qui fournit le paramétrage de base du démarrage du bus offre également cette fonction.

La documentation complémentaire définit tous les aspects du déploiement des appareils PROFIsafe, tels que les exigences relatives

  • Installation
  • Sécurité électrique
  • Alimentation électrique
  • Compatibilité électromagnétique
  • Sécurité des données

Enfin, les développeurs d'appareils F ou de modules F PROFIsafe bénéficient d'un soutien important sous la forme de kits de développement, de centres de compétence et de centres de test PROFIsafe.

Dans sa version actuelle, PROFIsafe répond à toutes ces exigences et le concept est simple et facile à comprendre.

Pour plus d'information sur la technologie PROFIsafe, téléchargez "PROFIsafe Description système" dans la section "téléchargement".

   

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PROFIBUS

Le succès de PROFIBUS repose, à la fois, sur sa technologie avancée et robuste mais aussi sur l'activité fructueuse de l'organisation PI mise en place par les fabricants et les utilisateurs pour représenter leurs intérêts.
PI constitue le plus grand groupe d'utilisateurs de la communication industrielle au monde, ce qui offre des opportunités pour l'avenir et s'accompagne, en même temps, de certaines obligations. Les possibilités résident dans la création et la diffusion de technologies de pointe qui sont bénéfiques pour l'utilisateur.

1. Conception modulaire
Le concept de module de PROFIBUS est ce qui lui a permis d'atteindre sa position de leader sur le marché mondial. Le protocole de communication peut être combiné avec une variété de modules technologiques spécifiques à l'application et compatibles entre eux (technologies de transmission, profils d'application, technologies d'intégration).
Cela permet de garantir une cohérence totale avec un large éventail d'applications. Avec une telle « composante système » (Figure 1), toutes les applications de la technologie de l'automatisation, peuvent couvrir des tâches dans les industries de production et de transformation, y compris, celles liées à la sécurité.


Fig. 1 : Blocs constitutifs du système PROFIBUS


PROFIBUS DP
Le coeur du système est le protocole de communication PROFIBUS DP (Decentralized Peripherals), qui est le même pour toutes les applications et qui est utilisé pour la communication entre les appareils d'automatisation centralisés et les appareils de terrain décentralisés.
Plusieurs alternatives de transmission de données existent, en fonction du cas d'utilisation. La technologie de transmission RS485 est destinée à être utilisée dans l'industrie de production et dans l'industrie de transformation dans des applications sans protection contre les explosions.

Ex ia
Le RS485-IS (Sécurité Intrinsèque) couvre les utilisations dans les zones protégées contre les explosions. La technologie de transmission MBP (Manchester coded Bus Powered) et MBP-IS est  spécifiquement orientée vers l'industrie des procédés et gère également l'alimentation électrique des appareils sur le bus, en plus de la transmission des données. Plusieurs technologies de transmission optique sont également disponibles.

PROFILS
Les profils d'application PROFIBUS sont indiqués pour l'échange standard de données entre les appareils de terrain au niveau de l'utilisateur. L'utilisation de ces profils garantit l'interopérabilité dans l'échange de données entre les appareils de terrain provenant de différents fabricants. Ces profils précisent les caractéristiques des dispositifs typiques de l'application, et les «  dispositifs de profil » doivent s'y conformer. Il peut s'agir de caractéristiques communes à plusieurs catégories d'appareils (par exemple, un  comportement lié à la sécurité) ou de caractéristiques spécifiques à une catégorie d'appareils (par exemple, à présenter par des appareils de traitement ou des lecteurs).

UNIVERSALITE
Des appareils de terrain ayant différents profils d'application peuvent être utilisés dans le même système d'automatisation. Les dispositifs simples à fonctionnalité universelle, par exemple les dispositifs d'entrée/sortie/binaires décentralisés, n'utilisent généralement pas de profils d'application. Outre les couches de transmission et de communication, le système fournit également les technologies d'ingénierie nécessaires à la description et à l'intégration des dispositifs.

2. Solutions spécifiques aux applications
La composante système, permet de couvrir des applications très différentes à l'aide de « solutions » spécialement conçues pour elles, en combinant les composants appropriés. Il s'agit, par exemple, de solutions pour l'industrie de la production, l'automatisation des processus, la technique d'entraînement et les systèmes liés à la sécurité. La structure de ces « solutions » modulaires est présentée à la Figure 2. Seul le protocole de  communication est le même pour toutes les solutions et assure la grande cohérence de PROFIBUS déjà mentionnée.


Fig. 2 : Solutions PROFIBUS pour différents segments de marché

3. Automatisation hybride
Par le passé, l'automatisation des usines et celle des processus devaient être considérées comme deux domaines strictement séparés et automatisés à l'aide de technologies différentes. La raison en était les différentes conditions marginales d'un système d'automatisation.

  • L'automatisation des usines est basée sur des processus rapides et discrets et sur une durée de vie relativement courte des équipements.
  • L'automatisation des processus, en revanche, est caractérisée par un fonctionnement lent et continu, ainsi qu'une longue durée de vie des équipements.

Aujourd'hui, un utilisateur peut éviter de telles solutions insulaires en utilisant une solution PROFIBUS cohérente pour toutes les applications de la chaîne de production. PROFIBUS est le seul bus de terrain qui répond aux exigences d'une telle automatisation (hybride) cohérente du contrôle de la production (logistique entrante et sortante) et des étapes du processus de contrôle des processus (Figure 3).

Fig. 3 : Solution PROFIBUS cohérente dans un système de production unique

Exemple 1 - Dans l'industrie pharmaceutique, la fabrication des médicaments est une procédure de contrôle des processus. L'emballage des comprimés, par exemple, fait appel à des tâches de contrôle de production réalisées avec des machines de conditionnement complexes.
Exemple 2 - Dans l'industrie alimentaire, comme dans une brasserie les procédures de contrôle des processus dans la salle de brassage et la cave de fermentation, sont suivies par les procédures de contrôle de la production de nettoyage, de remplissage des bouteilles et l'empilage des caisses par des robots.
Exemple 3 - Dans la production de véhicules, l'atelier de peinture, avec ses exigences en matière de contrôle des processus (protection contre les explosions), fait partie d'une chaîne de production qui implique, par ailleurs, des tâches de contrôle de la production.


4. Modèle de couche OSI comme base
La conception des modules technologiques avec PROFIBUS est orientée vers le modèle de couche OSI (Open Systems Interconnection Reference Model). Ici, le processus de communication entre deux noeuds est réparti sur sept « couches », de la couche 1 (« couche physique », technologie de  transmission) à la couche 7 (« couche application », interface avec l'application). PROFIBUS utilise les couches 1, 2 et 7 (Figure 4) :

Fig. 4 : Références entre le modèle OSI et PROFIBUS

La couche 1 définit la transmission physique. Avec PROFIBUS, il existe des versions à fils de cuivre (RS485 et MBP), des transmissions optiques et sans fil.

La couche 2 définit la description de la méthode d'accès au bus, y compris la sécurité des données. Avec PROFIBUS, c'est la méthode maître-esclave en conjonction avec la méthode à jeton.

La couche 7 constitue l'interface avec l'application et représente donc le lien entre l'application et la communication. Avec PROFIBUS, le protocole de communication PROFIBUS DP est utilisé ici. Le processus de demande, proprement dit, se situe au-dessus de la couche 7 et ne fait pas partie du modèle OSI.

La Figure 4 montre la définition des sept couches OSI à gauche et la mise en oeuvre de PROFIBUS à droite.

Pour plus d'information sur la technologie PROFIBUS, téléchargez "PROFIBUS Description système" dans la section "téléchargement"

 

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PROFIdrive & Encoder

PROFIdrive est le profil standard pour la technologie d'entraînement en liaison avec les systèmes de communication PROFIBUS et PROFINET.
Pour répondre au large éventail des applications d'automatisation industrielle des entraînements, PROFIdrive définit six classes d'applications spécifiques.

CLASSE D'APPLICATION
Elles peuvent être mises en œuvre de manière indépendante, ce qui permet une interface optimisée pour une application ou un secteur industriel particulier. En d'autres termes, chaque entraînement doit seulement avoir ce dont il a vraiment besoin !
Selon la classe d'application, les processus d'application sont répartis de manière optimale entre l'entraînement (exemple 1 - Contrôle du courant et de la vitesse) et le contrôleur (exemple 2 - Contrôle de la position, interpolation de la trajectoire).
Le système de communication est alors responsable de l'échange de données entre ces processus distribués. Selon la classe d'application, les fonctions de communication étendues sont utilisées pour la synchronisation de l'horloge ou la communication d'esclave à esclave.
Le profil a été normalisé à PI et au sein de la CEI et est documenté de manière exhaustive dans la spécification pertinente (numéro d'ordre PI 3.172).

1. Structure
Les spécifications de base du standard PRO-FIdrive sont les suivantes (Figure 1):

Figure 1 : Architecture de PROFIdrive

  • . Définition du modèle de base

. Définition du modèle de paramètres

. Définition du modèle d'application

. Mise en correspondance vers PROFIBUS DP

. Mise en correspondance vers PROFINET IO

La partie principale du profil (case jaune dans la Figure 1) décrit des fonctions indépendantes du système de communication qui permettent de garantir qu'une application peut être exploitée avec PROFIBUS DP et PROFINET IO sans aucune modification. Grâce à ces fonctions et à l'utilisation d'une communication évolutive (du bus de terrain au réseau Ethernet avec une vue d'application du système  identique), la technologie d'entraînement peut être reliée de manière cohérente et sans modification à l'application d'automatisation.


Figure 2 : Modèle général d'application de l'entraînement PROFIdrive


2. Sécurité

De plus en plus, le marché montre une tendance vers des entraînements qui intègrent des technologies de sécurité. Cela offre un avantage dans le sens où il n'y a plus besoin de dispositifs de surveillance externes (ce qui réduit le câblage et économise de l'espace). De ce point de vue, PROFIdrive et PROFIsafe sont parfaitement complèmentaires. Ensemble, les deux profils créent une unité harmonieuse qui permet d'utiliser le même bus pour commander les fonctions de sécurité et les fonctions d'entraînement standard. En outre, cela permet de contrôler simultanément les mouvements et la sécurité d'un entraînement (mode « périphérique partagé »).

3. Efficacité énergétique
Dans le cas précis de la technologie d'entraînement, qui est l'un des principaux consommateurs d'énergie électrique dans les applications d'automatisation industrielle, il est important de préserver autant que possible les ressources énergétiques qui se raréfient et sont de plus en plus coûteuses. PROFIenergy offre une plate-forme qui permet de commander de manière standardisée les fonctions d'économie d'énergie des appareils par un contrôleur de niveau supérieur. L'intégration de PROFIenergy dans PROFIdrive garantit une solution cohérente dans ce cas également.

4. Modèle de base PROFIdrive
Classes d'appareils
Le modèle de base PROFIdrive définit une application d'entraînement générale (Figure 2) comme un ensemble de dispositifs avec des relations de communication associées (échange de données cyclique et acyclique), quel que soit le système de communication utilisé. Les classes d'appareils suivantes sont distingués pour cela (Figure 3):

  • Contrôleur : contrôleur ou hôte d'un système d'automatisation, par exemple, API, CN ou RC
  • Dispositif périphérique (dispositif P) : dispositif d'entraînement avec un ou plusieurs axes
  • Superviseur : par exemple, poste d'ingénierie ou IHM

Modèle d'objet dans le dispositif P
Figure 3 : Classes d'appareils et leurs relations de communication

Un dispositif d'entraînement PROFIdrive (dispositif P) se compose généralement d'un ou plusieurs objets fonctionnels selon le nombre d'axes. Chacun de ces objets représente la fonctionnalité d'un axe et est désigné sous le nom d'objet d'entraînement (DO).


Figure 4 : Modèle de données et flux de données dans un axe d'entraînement ou un objet d'entraînement PROFIdrive (DO)


En particulier, les dispositifs d'entraînement multiaxes peuvent également être modélisés de manière cohérente avec le modèle objet PROFIdrive.

Pour plus d'information sur la technologie PROFIdrive, téléchargez "PROFIdrive Description système" dans la section "téléchargement"

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