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INDUSTRIE 4.0

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INDUSTRIE 4.0

La transformation numérique Industrie 4.0 met à disposition de la production de nombreuses données, dont la plupart sont encore inutilisées.

  • Comment tirer profit de ces données ?
  • Quel rôle jouent PROFINET, OPC UA ou TSN dans cette transformation ?
  • Quels choix faut-il faire aujourd'hui pour pérenniser sa communication industrielle ?
  • Comment transformer ces données en informations structurées et utiles ?

Pour répondre à ces questions, il est impératif d'apréhender et de comprendre l’ensemble des éléments de la chaine de communication industrielle du capteur jusqu'au cloud. Nous savons aujourd'hui communiquer au niveau des capteurs grace au protocole IO-Link, PROFINET constitue l'épine dorsale sous Ethernet, enfin OPC UA  constitue la couche supérieure capable d'interfacer avec les applications informatiques jusqu'au cloud.

Dès que le concept d'Industrie 4.0 a été posé, et vue l'ambition du projet, il est devenu évident qu'une collaboration étroite entre les organisations développant des technologies existantes et complémentaires serait nécessaire.

Pour se déployer, l'Industrie 4.0 doit être facilement exploitable et apporter des avantages concrêts aux sites de production. Ce sont ces avancées que nous commençons à voir sur le terrain aujourd'hui, dans un avenir proche, de nombreux nouveaux usages vont émerger de ces solutions.

 

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PROFINET et TSN

Feuille de route de PROFINET sur TSN.

  • Des services PROFINET éprouvés
  • Basés sur les normes Ethernet IEEE
  • Spécification PROFINET V2.4 avec les services TSN intégrés

Alors que la spécification PROFINET V2.4 avec fonctionnalité TSN (Time Sensitive Networking) intégrée est maintenant publiée, PI (PROFIBUS et PROFINET International) travaille désormais à la mise en œuvre de modules supplémentaires afin de réussir son lancement sur le marché.

Le profil TNS pour l'automatisation industrielle
Au sein de la "CEI / IEEE 60802", le groupe de travail mixte entre la CEI et l'IEEE, travaille à la définition des fonctions et des mécanismes de configuration d'un réseau TSN convergent, en s'inspirant de cas d'usage utilisants les normes Ethernet IEEE.

Cycle de maintenance CEI-61158
Dans ce cadre, la version actuelle de la spécification PROFINET est en cours de mise à jour. Cette spécification constitue la base de la création de cas de test et de la mise en œuvre du testeur PROFINET pour la certification.

Démonstrations, formations et ateliers de développement
Les constructeurs travaillent désormais à la diffusion et la mise en œuvre de leurs nouvelles solutions PROFINET. Installations de démonstration, cours de formation et ateliers de développement sont organisés pour aider développeurs et installateurs à prendre en main ces nouvelles fonctionalités.

Ces initiatives permettre de répondre aux questions suivantes :
Comment construire un réseau TSN et comment doit-il être configuré?
Que signifie GBit et comment connecter les appareils et composants système existants?
Comment réaliser une communication verticale avec des systèmes superposés, tels que Cloud / Edge, au cours de la même étape?

 

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Sécurité OPC UA

Un concept de sécurité unique

  • Approche éprouvée Black channel
  • Etablissement dynamique des connexions pendant l'exécution.
  • OPC UA principe fondamental


Il y a à ce jour plus de 13 millions de nœuds PROFIsafe dans les usines de production - et la tendance est à la hausse. PROFIsafe permet une communication fonctionnellement sûre entre un contrôleur de sécurité et des dispositifs finaux de sécurité (par exemple, des boutons d'arrêt d'urgence, des réseaux d'éclairage ou des systèmes d'entraînement à fonctions de sécurité).

Sécurité entre contrôleurs, quid de la communication
Jusqu'à présent, il n'existait pas de norme indépendante des fabricants pour une communication de sécurité entre les contrôleurs. Or dans le contexte de l'industrie 4.0, la communication entre contrôleurs s'invite de plus en plus souvent au sein de la chaine de sécurité. Dans de nombreux scénarii, des données relatives à la sécurité doivent être échangées entre les contrôleurs, c'est le cas de fonctions de sécurité qui s'étendent sur plusieurs modules (par exemple, une vitesse réduite en toute sécurité lors de l'ouverture d'une unité de chargement).

Une technologie éprouvée pour une communication de sécurité - OPC UA partie 15
La technologie permet désormais une communication sûre entre les contrôleurs. Il s'agit d'une spécification définie conjointement par PI et la Fondation OPC. OPC UA est déjà la norme la majeure de communication "machine to machine". Les nombreuses années d'expérience de PI dans le domaine de la communication fonctionnelle sécurisée et PROFIsafe garantissent que OPC UA Partie 15: Sécurité répond à toutes les exigences de la norme CEI 61784-3 (sécurité fonctionnelle des bus de terrain).
Les mécanismes de sécurité et de nombreuses fonctionnalités ont été adoptés par PROFIsafe. Toutefois OPC UA Safety propose également des facilités qui n'étaient pas possibles auparavant avec PROFIsafe, comme une longueur maximale de données utilisateur de 1500 octets, la création de toute topologie de réseau (étoile, ligne, grille, ...), des ID de sécurité hiérarchiques pour une gestion simplifiée des machines de série ou encore une configuration de connexion dynamique avec des produits "improvisés". Les machines modulaires, véhicules à guidage autonome (AGV), robots de déplacement autonomes (AMR) et changeurs d'outils en bénéficient.
Connexion dynamique avec des produits "improvisés"
Cela signifie que - contrairement à tous les protocoles de communication fonctionnellement sûrs actuels - il n'est plus nécessaire de se faire connaître de tous les participants pendant la phase de planification du projet. Il est donc possible, par exemple, d'ajouter un nouveau robot mobile au système sans avoir à reparamétrer toutes les machines fixes. 

   

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Communication verticale

Une combinaison évolutive

Les informations de gestion des actifs, c'est-à-dire la réponse aux questions :

  • Quels appareils sont installés,
  • Dans quelle version,
  • Dans quelles conditions

sont très essentielles pour permettre la gestion et le diagnostic des équipements. Le défi actuelest le partage de ces données entre le terrain et l'informatique de gestion de l'entreprise. La réponsea à ces questions figure désormais dans la spécification compagnon "OPC UA for PROFINET" V 1.0.

La collaboration entre PI et la Fondation OPC permet aujourd'hui de simplifier la tâche des l'utilisateurs en rendant accessibles via OPC UA les données d'identification et de maintenance de chacun des 30 millions d'appareils PROFINET installés sur le terrain. La spécification OPC UA-PN-Companion V 1.0 montre comment ce partage de tâches peut être réalisé.

Flexibilité grâce à PROFINET en tant que «véritable Ethernet commuté»
Cela permet à l'utilisateur d'installer des périphériques Ethernet supplémentaires à n'importe quel endroit d'un réseau PROFINET existant, sans avoir besoin de réaliser de conversion. Grâce à l'ouverture de PROFINET, des capteurs ou appareils de plus en plus complexes dotés d'une interface OPC UA peuvent être ajoutés de manière flexible. Ceux-ci envoient leurs valeurs directement aux services cloud ou passerelles de périphérie correspondants. L'interaction entre OPC UA et PROFINET permet ainsi une solution aussi flexible qu'évolutive.

 

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Nouveaux concepts machine avec Edge

PROFINET jette les bases de concepts innovants.

Les systèmes de commande nécessitent aujourd'hui des modules d'optimisation et de visualisation de données faciles à utiliser et rapidement intégrables. Ces modules permettent d'identifier des tendances, telles que la consommation d'énergie ou d'autres valeurs de diagnostic à long terme.

Il y a seulement cinq ans, il était coutumier de penser que la meilleure solution consistait à héberger l'ensemble des données dans le cloud, où elles seraient ensuite traitées. Nous savons aujourd'hui qu'il est préférable de traiter certianes données au plus près de leur origine, pour des raisons de latence ou de besoin en bande passante. Les composants Edge convertissent des données additionnelles de production en informations utilisables - et cela en temps réel directement au point d'origine avec une charge réseau minimale.

Les technologies PROFINET sont ici les bienvenues.
Chacune de ces applications de pointe nécessite des données normalisées pour être exploitables. La plupart de ces données sont déjà stockées sous forme d'enregistrements normalisés par PROFINET ou d'enregistrements de données supplémentaires spécifiques au fabricant ou à l'appareil. Pour peu que l'installation repose sur des produits PROFINET, celle-ci offrira l'avantage de disposer des données formatées nécessaires à ces modules d'optimisation et de pilotage.

   

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