Westermo La transmission industrielle de données
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Cela fait à présent de nombreuses années qu’Ethernet s’est imposé comme norme de communication de données pour une grande majorité de réseaux bureautiques, partout dans le monde. Bien que d’aucuns affirment depuis plusieurs années qu’il est en passe de se faire supplanter, Ethernet poursuit son évolution en offrant aux utilisateurs des fonctions répondant à leurs attentes, ce qui laisse présumer d’un bel avenir. Récemment, Ethernet a également fait son entrée dans le domaine de l’industrie.

Ethernet – l’origine du nom?

C’est en 1972 que Robert Metcalfe et son équipe mettent au point chez Xerox le premier système Ethernet expérimental destiné à connecter le poste de travail Xerox Alto à une interface graphique. Ce réseau expérimental Ethernet servait à connecter des Alto entre eux ainsi qu’à des serveurs et des imprimantes laser.
  Le signal d’horloge de cette version expérimentale était dérivé de celui de l’Alto, de sorte qu’elle atteignait un débit de 2,94 Mbit/s. Le premier réseau expérimental créé par Robert Metcalfe s’appelait Alto Aloha Network.
  En 1973, Metcalfe décide de le renommer « Ethernet » pour donner une plus grande ouverture au système, capable de prendre en charge non seulement les Xerox Alto, mais tous les types d’ordinateurs. Pour symboliser le fait que les nouveaux mécanismes du réseau avaient évolué bien au-delà du système initial, il décide d’utiliser la racine « éther » pour décrire l’essence même du système. En effet, le vecteur physique (c’est-à-dire un câble) transmet les données entre les différents postes de travail comme l’« éther luminifère » était censé propager les ondes électromagnétiques dans l’espace. L’Ethernet était né.

Qu’est-ce que l’Ethernet ?

La communication Ethernet se fonde sur la technologie CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection – Détection de porteuse avec accès multiples et détection de collision). Plus simplement, si un poste souhaite communiquer, il vérifie si la ligne est libre ; si c’est le cas, il envoie les données ; dans le cas contraire, il attend que la ligne se libère. La détection de collision est importante pour éviter que plusieurs postes transmettent simultanément des données qui entreraient alors en collision. Le fait de détecter ces collisions permet de différer la transmission et de ne pas perdre de données.

À ce premier standard succéda le 10Base2, assurant également un débit de 10 Mbit/s, mais cette fois via un câble coaxial plus fin connecté par des raccords en T à des cartes d’interface réseau. Cette solution, beaucoup moins onéreuse, devint populaire pour les petits réseaux.

La grande étape suivante fut l’introduction du câblage structuré, avec le standard 10BaseT fonctionnant avec des concentrateurs (hubs). La longueur maximale restait toutefois inférieure à 100 m.

Vint ensuite le passage à des réseaux plus rapides, utilisant des câbles en fibre optique permettant la transmission de données sur de longues distances. D’autres standards suivirent, notamment 100BaseT, 100BaseFX, etc.

Compte tenu de la diversité des standards, du nombre de périphériques connectés et des deux débits coexistants, l’interconnexion de réseaux devenait plus complexe, de même que le développement des commutateurs Ethernet.

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Pourquoi utiliser Ethernet dans les systèmes industriels ?

Dans le monde industriel, la communication de données passe traditionnellement par les bus de terrain. La diversité des types et des standards complique l’interopérabilité et en accroît les coûts. C’est pourquoi Ethernet a petit à petit été envisagé pour les applications industrielles. Avantages supplémentaires:

  • Fiabilité
    Ethernet est un standard ouvert bien défini qui simplifie l’interopérabilité et accepte des composants provenant de sources multiples. Ouvert et transparent, Ethernet permet l’utilisation simultanée de plusieurs protocoles sur un réseau unique.

  • Rapidité
    Des débits de 10 Mbit/s et de 100 Mbit/s ainsi que les nouvelles solutions Gigaoctets sont aujourd'hui monnaie courante – les protocoles de bus de terrain les plus rapides peuvent atteindre un débit de 12 Mbit/s, mais la plupart communiquent à moins de 2 Mbit/s.

  • Déterminisme
    Il existe déjà des protocoles permettant d’établir des priorités dans les données et de rendre Ethernet virtuellement déterministe, ce qui constitue le but final des utilisateurs industriels.

Ethernet est-il déterministe ?

Déterminisme » est le mot-clé pour de nombreux réseaux industriels : un réseau déterministe permet de dire avec une certitude quasi totale qu’un événement s’est déjà produit dans une fenêtre de temps spécifique.
  La technologie CSMA/CD des systèmes Ethernet d’origine ne permettait pas le déterminisme, mais avec l’avènement du commutateur Ethernet, les choses ont changé. Aujourd’hui, le câble n’est plus le théâtre de collisions. Les paires torsadées ou liens en fibre optique relient de point à point et permettent le duplex intégral. Un paquet envoyé à un commutateur est emmagasiné et retransmis au port de destination correct. Si ce port est occupé, le commutateur attend qu’il se libère, ce qui exclut les collisions et retransmissions. Toutefois, le problème qui se pose est le retard éventuel dû à la file d’attente.
  Les commutateurs modernes sont dotés de fonctions qui garantissent que cette file d’attente ne constitue jamais un problème. Un indicateur de priorité peut être attribué aux paquets Ethernet. Dans ce cas, si le commutateur prend en charge les priorités, le paquet passe en tête de la file d’attente. Autre fonction très utile pour le contrôle du flux de données : la prévention du blocage en tête de ligne. Ce blocage est un problème rencontré sur certains modèles de commutateurs à système tampon FIFO où, lorsque le premier paquet de la file est bloqué, la file d’attente complète l’est également. Certains commutateurs sont capables d’éviter ce problème.

Comment rendre Ethernet industriel ?

Lorsqu’on conçoit des équipements destinés aux environnements industriels, certaines caractéristiques et fonctions sont plus importantes que d’autres. Depuis toujours, Westermo met au point des équipements à vocation industrielle. Nous comprenons dès lors parfaitement les besoins du marché et connaissons l’importance des critères de qualité et fonctionnalité lorsqu’on examine le coût total d’un projet.
Quelques aspects importants des équipements de communication de données industrielles :

  • Élimination des temps d’indisponibilité
    Les équipements doivent être conçus de manière à éliminer les perturbations et les temps d’indisponibilité. Pour cela, nous utilisons des composants de qualité tels que des condensateurs à longue durée de vie et contrôlons le comportement des équipements en milieux exigeants.

  • Conception CEM industrielle
    Les appareils de communication industrielle sont souvent installés à proximité d’équipements tels que des postes à souder ou des machineries lourdes qui génèrent d’importantes perturbations électromagnétiques. Depuis plus de 30 ans, Westermo conçoit et fabrique des équipements de communication de données pour l’industrie. Cette expérience est constamment mise à profit lors de la conception d’équipements Ethernet.

  • Vaste plage de températures
    Pour les applications industrielles, les plages de températures sont souvent un point sensible. Pour répondre à cette demande, nous utilisons pour le matériel et les connecteurs des composants de qualité résistant à des plages de températures étendues.

  • Performances mécaniques
    Dans les applications industrielles, la méthode d’installation est toujours importante étant donné que les unités sont montées sur des équipements mobiles ou exposés aux vibrations. Tous nos produits présentent des performances mécaniques élevées lorsqu’ils sont montés sur rail DIN. À la conception, nous accordons toujours beaucoup d’attention aux problèmes de vibration, de connexion mécanique et de sécurité.

  • Isolation galvanique
    Parmi les causes les plus fréquentes d’erreurs dans la communication de données figurent les différences de potentiel de la masse des unités connectées. L’isolation galvanique des interfaces permet d’éliminer ce problème ; elle est prévue en standard sur tous les produits Westermo.

  • Suppression des transitoires
    Par ailleurs, les équipements industriels sont souvent exposés à des câbles à haute intensité, des charges réactives ou des équipements de commutation haute tension. Ces équipements génèrent fréquemment des transitoires, sources d’erreurs de communication. Pour éliminer ce
    problème, les produits sont munis de protections améliorées contre les surtensions/transitoires.

  • Alimentation
    La fiabilité de l’alimentation électrique est importante pour les équipements industriels ; le courant continu est donc souvent secouru par des batteries. Lors de la charge des batteries, une tension supérieure est utilisée ; les unités connectées doivent être conçues pour faire face à cette situation. D’autre part, pour plus de sécurité, il peut être important de prévoir des alimentations électriques redondantes.

  • Déterminisme
    Lorsque les équipements sont utilisés pour des applications en temps réel, il est impératif d’établir différents niveaux de priorité. Les fonctions intégrées et les files d’attente des commutateurs rapides en anneaux avec horodatage garantissent le respect des niveaux de priorité des données lors de la transmission.


  • Agréments
    Nos unités équipent un grand éventail d’applications dans le monde entier. Nos équipements sont conformes aux normes internationales en vigueur en matière de sécurité, d’immunité électrique, de tolérance aux pointes de tension et de vibrations.


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Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection

 

 

 

 

 

 

 

À ce premier standard succéda le 10Base2

 

Cette solution, beaucoup moins onéreuse, devint populaire pour les petits réseaux.

 

La longueur maximale restait toutefois inférieure à 100 m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

éliminer les perturbations et les temps d’arrêt