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PROFINET – le standard Ethernet pour l'automatisation
PROFINET est le principal standard Industrial Ethernet pour l'automatisation avec plus de 40 millions de nœuds installés dans le monde.
PROFINET contribue à une plus grande réussite des entreprises, en accélérant les processus, en augmentant la productivité et en rendant les installations plus disponibles.
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Flexibilité
Des temps de réponse courts et des processus optimisés sont des conditions essentielles pour la compétitivité sur les marchés globaux, car les cycles de vie des produits sont de plus en plus courts.
PROFINET offre une grande flexibilité dans les structures d'installation et les processus de production, et permet de réaliser des concepts de machines et d'installations innovants. Ainsi, des appareils mobiles peuvent, par exemple, être intégrés dans des lieux difficilement accessibles.
Topologies flexibles
Outre la topologie linéaire avec les bus de terrain établis, PROFINET permet également l'utilisation de topologies en étoile, arborescentes et en anneau. Ceci est possible par l'utilisation de la technologie de commutation avec des composants réseau actifs tels que les commutateurs Industrial Ethernet et les convertisseurs de supports, ou encore par l'intégration de la fonctionnalité de commutation dans les appareils de terrain. Il en résulte une plus grande flexibilité dans la conception des machines et installations ainsi que des économies de câblage.
Le réseau PROFINET ne nécessite aucune connaissance technique particulière pour son installation, et répond à toutes les exigences d'un environnement industriel. La directive PROFINET "PROFINET Installations Guidelines" assiste les constructeurs et les utilisateurs lors de la planification du réseau, du montage et de la mise en service. Selon l'application, les supports de transmission employés sont des câbles cuivre symétriques ou des fibres optiques insensibles aux perturbations électromagnétiques. Les appareils des différents constructeurs sont connectés simplement à l'aide de connecteurs robustes (jusqu'au degré de protection IP65/IP67) normalisés.
Grâce à l'intégration de la fonctionnalité de commutation dans les appareils, il est possible de construire des structures linéaires calquées sur la structure physique de la machine ou de l'installation existante. Il en résulte une réduction du travail de câblage et une économie de composants, par exemple des commutateurs externes.
IWLAN
PROFINET prend également en charge la communication sans fil avec Industrial Wireless LAN et ouvre ainsi de nouveaux champs d'application. Les techniques sujettes à usure, par ex. les contacts glissants, trouvent ainsi une solution de remplacement, et la mise en œuvre de systèmes de transport sans conducteur ou l'utilisation de pupitres opérateurs mobiles est rendue possible.
Safety
Le profil de sécurité PROFIsafe éprouvé de PROFIBUS, qui permet de transmettre sur un même câble les données standard et les données relatives à la sécurité, est également utilisable avec PROFINET. Aucun composant réseau particulier n'est nécessaire pour la communication de sécurité ; les commutateurs et les passerelles standard peuvent être utilisés sans restriction. La communication de sécurité peut également emprunter un réseau Industrial Wireless LAN (IWLAN).
Standard ouvert
Le standard ouvert non propriétaire PROFINET (IEC 61158/IEC 61784) est pris en charge par PROFIBUS et PROFINET International (PI). Il est garant d'une transparence maximale, d'une communication IT ouverte, de la sécurité du réseau et de la communication en temps réel.
De par son ouverture, PROFINET constitue la base d'un réseau d'automatisation uniforme dans l'installation, auquel tous les appareils et machines peuvent être raccordés. L'utilisation de passerelles permet d'intégrer sans problème des parties existantes de l'installation, par exemple avec PROFIBUS.
Utilisation d'outils web
Grâce à la prise en charge illimitée de TCP/IP, PROFINET permet l'utilisation de services Web standard, tels que des serveurs web. Indépendamment de l'outil utilisé, il est possible d'accéder à tout moment et de pratiquement partout aux informations du niveau automatisation à l'aide d'un simple navigateur Internet, ce qui simplifie considérablement la mise en service et le diagnostic. Chaque utilisateur peut décider lui-même du degré d'ouverture sur le monde IT autorisé pour sa machine. Ainsi il pourra exploiter PROFINET simplement comme réseau isolé ou le connecter au réseau bureautique ou à Internet à travers des Security Modules, tels que les modules SCALANCE S. De cette façon, de nouveaux concepts de télémaintenance ou l'échange rapide de données relatives à la production sont possibles.
Évolutivité
PROFINET permet, d'une part, d'intégrer facilement et sans frais importants les systèmes et réseaux existants. Il pérennise ainsi les investissements PROFINET dans des unités existantes de l'installation communiquant via PROFIBUS et d'autres bus de terrain comme AS-Interface. D'autre part, des abonnés PROFINET supplémentaires peuvent être rajoutés à tout moment. L'utilisation de composants de réseau supplémentaires permet d'étendre les infrastructures de réseau avec et sans fil, et ce même pendant le fonctionnement.
Efficacité
La compétition à l'échelle mondiale force les entreprises à utiliser leurs ressources de façon économique et efficace. Ceci vaut en particulier pour la production. PROFINET garantit une plus grande efficacité dans ce domaine. Une ingénierie simple garantit une mise en service rapide, des appareils fiables assurent une plus grande disponibilité de l'installation. Des concepts de diagnostic et de maintenance complets permettent de réduire au minimum les dysfonctionnements de l'installation et les coûts de maintenance.
Un câble unique
PROFINET permet d'avoir simultanément la communication de bus de terrain synchrone et la communication IT standard (TCP/IP) sur un câble. Ainsi, la communication en temps réel pour la transmission des données utiles, les données de processus et de diagnostic s'effectue sur un câble. Une communication de profil spécifique (PROFIsafe, PROFIdrive et PROFIenergy) peut être intégrée sans travail de câblage supplémentaire. Cette solution offre une grande étendue fonctionnelle pour une complexité réduite.
Diagnostic de réseau et d'appareils
La conservation du modèle d'appareil PROFIBUS éprouvé permet de disposer des mêmes informations de diagnostic avec PROFINET. En outre, il est possible de lire les données spécifiques à un module ou à un canal sur les appareils lors du diagnostic. Ceci permet une localisation rapide et facile des défauts. Outre la disponibilité des informations relatives aux appareils, la fiabilité du réseau est une des priorités majeures en matière de gestion du réseau.
Le protocole SNMP (Simple Network Management Protocol) s'est imposé comme le standard de fait dans les réseaux existants pour la maintenance et la surveillance des composants de réseau et de leurs fonctionnalités. PROFINET utilise ce standard et permet ainsi à l'utilisateur d'effectuer la maintenance des réseaux à l'aide d'outils connus, par exemple avec l'outil de gestion de réseau SINEMA Server.
Pour permettre une maintenance simplifiée des appareils PROFINET, sur place ainsi qu'à distance, à l'aide d'une liaison VPN sécurisée, des pages web spécifiques à l'application peuvent être créées, avec la norme HTML connue, sur le serveur web des appareils de terrain.
Efficacité énergétique
Vers l'usine verte : PROFIenergy est un profil qui met à disposition des fonctions et mécanismes pour les appareils de terrain PROFINET prenant en charge la production à haute efficience énergétique.
Ce profil indépendant des constructeurs et des appareils, défini par la PNO, permet de réduire sensiblement les besoins en énergie ainsi que les coûts. PROFIenergy permet en effet la coupure ciblée des consommateurs non nécessaires. Il en résulte une baisse significative des coûts énergétiques lors des pauses de production. PROFIenergy permet la mise en marche et l'arrêt simple et automatique d'unités regroupées sur le plan technologique. La coordination est assurée de manière centralisée par un automate, et la mise en réseau est réalisée via PROFINET. Pendant les pauses prolongées, on économise ainsi un maximum d'énergie. Les unités qui sont déconnectées pendant un court laps de temps contribuent à une distribution uniforme de l'énergie et à son utilisation optimale.
Pour les constructeurs d'installations, l'utilisation de PROFIenergy est facilitée par son intégration dans des gammes de produits connues. Par ailleurs, PROFIenergy est défini de manière à permettre l'intégration ultérieure aisée des blocs de fonction requis dans les automates existants.
Câblage simplifié
L'assemblage des câbles en milieu industriel doit remplir des exigences particulièrement élevées. En outre, il est indispensable de pouvoir créer rapidement et sans erreur des réseaux industriels, sans connaissances particulières.
Le système de montage rapide FastConnect de Siemens répond parfaitement à toutes ces exigences. FastConnect est un système de câblage industriel conforme aux normes, composé de câbles, connecteurs et d'outils de confection pour les réseaux PROFINET. Le temps consacré au raccordement des appareils finals est réduit par le montage simple à l'aide d'un seul outil et le codage pratique par couleurs permet d'éviter les erreurs d'installation. Les câbles cuivre tout comme les câbles FO verre sont aisément connectorisés sur place.
Remplacement rapide des appareils
Les appareils PROFINET sont identifiés par un nom attribué lors de la configuration. Lors du remplacement d'un appareil défectueux, le nouvel appareil peut être identifié par le contrôleur IO à l'aide des informations de topologie et son nom lui être affecté automatiquement. Ainsi, aucun outil d'ingénierie n'est nécessaire lors d'un remplacement d'appareil.
Ce mécanisme peut également être utilisé lors de la première mise en service d'une installation complète. Une mise en service rapide est alors possible en particulier pour les machines de série.
Robustesse
Un réseau d'automatisation doit résister aux perturbations externes. L'utilisation de Switched Ethernet empêche que des dysfonctionnements dans une partie du réseau influent sur l'ensemble du réseau de l'installation. PROFINET permet l'utilisation de fibres optiques pour les domaines particulièrement critiques de la CEM.
Performance
La productivité et la qualité des produits sont décisives pour le succès commercial. Un contrôle exact des mouvements, des entraînements dynamiques, des contrôleurs de vitesse élevée et la synchronisation déterministe des appareils sont donc les facteurs clés d'un excellent processus de fabrication. Ils permettent d'obtenir une vitesse élevée de production et, en même temps, une meilleure qualité des produits.
Vitesse et précision
Les applications Motion Control rapides exigent un échange de données précis et déterministe. Elles sont réalisées par des régulations d'entraînement isochrones avec Isochronous Real Time (IRT).
PROFINET permet, avec IRT et le mode synchrone, une communication rapide et déterministe. Les différents cycles d'un système (entrée, réseau, traitement CPU et sortie) sont également synchronisés dans le cas d'un trafic TCP/IP parallèle. Les temps de cycle courts de PROFINET permettent d'augmenter la productivité des machines et des installations et de garantir la qualité du produit grâce à une grande précision.
Le profil d'entraînement normalisé PROFIdrive permet une communication non propriétaire entre CPU et entraînements.
Capacités fonctionnelles étendues
L'utilisation de PROFINET permet de dépasser facilement les restrictions existant jusqu'à présent en termes de taille des machines et installations à réaliser. Plusieurs contrôleurs peuvent travailler ensemble au sein d'un même réseau avec les appareils de terrain qui leur sont affectés. Le nombre d'appareils de terrain par réseau PROFINET est illimité – la plage complète des adresses IP est disponible.
Vitesse de transmission élevée
L'utilisation de 100 Mbit/s en mode duplex intégral permet à PROFINET d'atteindre une vitesse de transmission nettement plus élevée que les bus de terrain utilisés jusqu'à présent. Ce faisant, outre les données de processus, d'autres données d'installation peuvent être transmises via TCP/IP. PROFINET concilie ainsi les exigences industrielles de transmettre à la fois des données I/O rapides et de grandes quantités de données vers d'autres parties de l'application. Grâce aux mécanismes PROFINET, même la transmission de grandes quantités de données, telles que les images de caméra, par exemple, n'a aucune influence sur la vitesse et la précision de la transmission de données I/O.
Redondance des supports
La disponibilité de l'installation peut être accrue avec une installation redondante (topologie en anneau). La redondance de supports peut être réalisée à l'aide de commutateurs externes ou directement via des interfaces PROFINET intégrées. Avec MRP (Media Redundancy Protocol), des temps de reconfiguration de 200 ms peuvent être atteints. En cas d'interruption de la communication dans une seule partie de l'installation en anneau, cela signifie qu'il n'est pas nécessaire de l'arrêter et que les tâches de maintenance et de réparation nécessaires peuvent être effectuées sans contrainte de temps.
Pour les applications Motion Control, PROFINET avec IRT permet de réaliser, dans les topologies en anneau, une redondance des supports MRPD (Media Redundancy for Planned Duplication) fonctionnant sans à-coups et sans temps de reconfiguration. Si la communication est interrompue (par ex. rupture de câble), le processus peut continuer sans aucune interruption.
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Redondance des supports sans à-coups à l'exemple de SINAMICS G220, S200, S210 avec SCALANCE X200IRT