Partager les données entre différents appareils est essentiel dans de nombreux aspects du quotidien. La prolifération des dispositifs et l’augmentation considérable du volume de données due à la numérisation et à l’Industrie 4.0 transforment inéluctablement l’environnement de communication. Dans cet article, découvrez plus en détails la norme 10BASE-T1L pour l’Ethernet industriel à deux fils, y compris la connectivité, le matériel, la puissance et bien plus encore.
Introduction
Le rôle de la communication des données continue de prendre de l’envergure dans le secteur industriel mais aussi en matière d’automatisation des processus. Les liaisons conventionnelles de 4-20 mA ou les bus de terrain atteignent leurs limites en raison de l’explosion du volume de données. Ethernet s’affirme donc peu à peu comme le protocole de communication de référence. La norme Ethernet à 4 fils passe au niveau supérieur avec la solution 10BASE-T1L à 2 fils. Celle-ci consiste en une simple paire torsadée ou Single-Pair Ethernet (SPE). Au-delà de la couche physique, la variante 10BASE-T1L est non seulement compatible avec les technologies existantes d’Ethernet industriel à des débits de 100 Mbps ou 1 000 Mbps, mais elle les complémente.
La technologie 10BASE-T1L devient la nouvelle référence, en particulier en matière d’automatisation des processus, et pourrait bien transformer tout le secteur. Plus précisément, jusqu’à maintenant, les capteurs et les actionneurs étaient toujours connectés via une interface analogique 4-20 mA ou un bus de terrain. En matière d’automatisation des processus, à l’instar de l’ingénierie mécanique ou de l’automatisation des usines, ces capteurs et actionneurs se trouvent généralement à portée du système de contrôle et des systèmes E/S distants. Les distances de 200 m à 1 000 m et plus sont courantes.
Que signifie 10BASE-T1L ?
Le nom de la norme 10BASE-T1L explique brièvement ses fonctionnalités. En effet, il utilise les abréviations de l’Institut des ingénieurs électriciens et électroniciens (IEEE).
Le nombre « 10 » du type de support se réfère au taux de transmission de 10 Mbps. « BASE » correspond aux signaux de bande de base, ce qui signifie que seuls les signaux Ethernet peuvent être transmis via ce support. « T » fait référence à « paire torsadée ». Quand au chiffre « 1 », il représente la portée de 1 km. Dans ce cas, il est suivi de la lettre « L » pour « longue portée », puisque la connectivité prend en charge des longueurs de segment de 1 km ou plus.
Avec quels appareils et machines est-il possible d’utiliser la norme 10BASE-T1L et dans quelle mesure est-elle compatible avec l’infrastructure existante ?
La connectivité 10BASE-T1L est conçue pour remplacer le signal normalisé de 4-20 mA dans de nombreuses applications d’automatisation des processus, voire la plupart d’entre elles. Cependant, cela ne veut pas dire que les instruments de terrain plus anciens connectés via des boucles de courant de 4-20 mA devront être remplacés par des versions compatibles avec la technologie 10BASE-T1L. Ces appareils conventionnels peuvent être connectés via des modules E/S (SWIO) configurables par logiciel, tandis que les E/S distantes desservent un point de collection pour la connexion au contrôleur logique programmable (PLC) avec une liaison montante Ethernet de 10 Mbps.
Les modules E/S configurables par logiciel proposent des canaux de module reconfigurables, et peuvent ainsi fonctionner rapidement, facilement et à distance sans besoin de modifier tout le câblage. Les canaux peuvent être configurés comme des entrées ou sorties pour chaque type de courant et tension, en mode numérique ou analogique.
Dans certains cas, il est par définition nécessaire d’utiliser la norme 10BASE-T1L pour alimenter l’appareil en énergie et transmettre les données. La connectivité 10BASE-T1L prend en charge deux modes d’amplitude : 2,4 V pour les longueurs de câble de plus de 1 000 m et 1 V pour les distances courtes allant jusqu’à 200 m. Via le mode d’amplitude crête à crête de 1 V, cette technologie peut également être utilisée dans des environnements protégés contre les explosions (dangereux). Par ailleurs, elle répond aux exigences strictes applicables en matière de consommation maximale d’énergie.
Quels sont les avantages de la norme 10BASE-T1L ?
Les appareils conventionnels de 4-20 mA, HART® ou bus de terrain ont une bande passante de données restreinte de seulement quelques kbps. La 10BASE-T1L, quant à elle, offre des taux de transmission allant jusqu’à 10 Mbps. Il est ainsi possible de transférer non seulement une valeur de traitement mais également d’autres informations additionnelles sur l’appareil, telles que les éléments de configuration et de paramétrage. À l’avenir, la ligne de données devrait relativement accélérer la mise à jour de capteurs encore plus complexes et la création de diagnostics de panne et du réseau pour la détection des courts-circuits. La configuration devrait également gagner en simplicité avec la connectivité 10BASE-T1L, sans les passerelles et convertisseurs désormais superflus. De cette manière, les coûts et la complexité des anciennes installations diminuent et plus aucun îlot de données n’est créé.
Par ailleurs, la puissance de transmission est accrue sur toute la ligne de données, avec 500 mW en cas de sécurité intrinsèque (environnements dangereux) et jusqu’à 60 W sans sécurité intrinsèque.
Les protocoles Ethernet tels que PROFINET, EtherNet/IP, HART-IP, OPC UA, ou ModbusTCP, ainsi que les protocoles IoT tels que MQTT, peuvent faciliter et renforcer la connexion des appareils de terrain à un cloud.
Le protocole 10BASE-T1L fonctionne-t-il aussi avec des modules de commutation ?
À l’instar du protocole Ethernet, la norme 10BASE-T1L établit des ponts qui simplifient le couplage de différents segments du réseau et appareils. Différentes topologies de réseaux peuvent être mises en place et utilisées pour alimenter les appareils connectés en énergie. En matière d’automatisation des processus, les commutateurs sont souvent connectés aux contrôleurs, aux HMI et au cloud. Les commutateurs activent la redondance du support sous la forme de topologies annulaires pour une plus grande disponibilité.
En matière d’automatisation des processus, les connexions aux appareils, capteurs et actionneurs sont également appelées « branches », alors que les connexions entre les commutateurs qui remontent jusqu’au système de contrôle correspondent au « tronc ».
Puis-je également mettre en place l’alimentation électrique des appareils via deux fils ?
La norme 10BASE-T1L offre non seulement une communication de données à partir de capteurs et d’actionneurs, mais aussi la possibilité de les alimenter en énergie via les lignes de signaux. En pratique, la connectivité 10BASE-T1L fournit jusqu’à 60 W dans les environnements sans sécurité intrinsèque. Dans les environnements protégés contre l’explosion (avec sécurité intrinsèque), la puissance est limitée à 500 mW. Dans ce cas l’amplitude du signal est également réduite de 2,4 V à 1 V par rapport aux applications standard afin de répondre aux exigences strictes applicables en matière de consommation maximale d’énergie. Cependant, et en conséquence, seules des distances de transmission réduites sont disponibles dans les environnements pourvus d’une sécurité intrinsèque.
Conclusion
La technologie 10BASE-T1L fournit une communication standard relativement robuste pour l’automatisation des processus qui présente de nombreux avantages par rapport aux applications conventionnelles de 4-20 mA, y compris la possibilité de réutiliser l’infrastructure existante.