Les protocoles de communication définissent la manière dont les appareils de terrain - capteurs, actionneurs ou robots - échangent des données avec des contrôleurs tels que des automates ou des ordinateurs de bord. Ils réduisent le câblage, le temps d'installation et les risques d'erreur tout en rendant les machines plus intelligentes et plus fiables. Grâce aux protocoles, les dispositifs échangent des informations comme les diagnostics, l'état des E/S et les données de performance, facilitant ainsi la surveillance à distance, l'analyse assistée par l'IA, les services cloud et l'émergence de nouveaux modèles commerciaux en faveur de l'efficacité et de l'innovation dans les services.
À l'origine, les PLC (ou automates programmables) utilisaient des connexions série RS232 pour connecter des périphériques comme des moniteurs ou des imprimantes. À la fin des années 1980, la technologie des bus de terrain a marqué la transition du câblage parallèle complexe vers la transmission numérique, ultérieurement normalisée par la norme IEC 61158. Depuis 1999, divers systèmes de bus de terrain ont été largement déployés tandis que les protocoles fondés sur l'Ethernet, offrant une communication partiellement en temps réel, ont donné naissance à la génération suivante. Aujourd'hui, la connectivité cloud, les lacs de données et la convergence IT/OT façonnent la communication industrielle moderne, avec la sécurité désormais au cœur des priorités.
Les technologies de l'information (TI) gèrent les données et les applications, telles que les systèmes d'information, les ordinateurs de bureau et les réseaux. La technologie opérationnelle (OT) surveille et contrôle les dispositifs physiques comme l'équipement de production. La convergence IT/OT intègre les deux, souvent par le biais de protocoles communs. Toutefois, les technologies diffèrent : L'Ethernet industriel doit faire face à des environnements exigeants marqués par les vibrations, la poussière et la chaleur, nécessitant ainsi une robustesse accrue. Il est conçu pour minimiser les erreurs et réagir rapidement aux perturbations, grâce à des protocoles adaptés à des débits de données élevés, à la gestion des collisions et, surtout, à une communication déterministe, garantissant la transmission ponctuelle des données et la prévention des arrêts de production.
Mais quelles les 10 principales technologies qui façonnent aujourd'hui l'automatisation industrielle ?
Plus de 30 protocoles ont été développés dans la première génération, mais des normes telles que Profibus, Interbus, CANopen, DeviceNet® et CC-LiINK® ont rapidement concentré le marché autour de quelques acteurs majeurs.
1. Profibus. Profibus a été normalisé au niveau international (par exemple, EN 50170) et facilité l'interconnexion des contrôleurs, des capteurs et des actionneurs. Des déclinaisons comme Profibus DP et PA ont été développées pour répondre à des besoins variés en automatisation. Il s'agit de l'un des protocoles d'automatisation les plus largement adoptés dès ses débuts.
2. Interbus. Interbus, l'une des premières normes industrielles, connectait les appareils selon une topologie en anneau, assurant une transmission rapide et fiable des données dans les environnements industriels.
3. CANopen et 4. DeviceNet®. Tous deux reposent sur le réseau CAN, initialement développé pour les réseaux automobiles. DeviceNet® facilite une intégration simple et rapide, particulièrement populaire aux États-Unis, tandis que CANopen offre une plus flexibilité accrue et des fonctionnalités de gestion avancées.
5. CC-LINK®. CC-LINK® est un bus de terrain ouvert, à grande vitesse et en temps réel, largement répandu et normalisé en Asie.
6. Profinet. Profinet est tr-s répandu dans l'automatisation industrielle pour ses performances élevées, sa grande évolutivité et sa compatibilité avec Ethernet. Il prend en charge le transfert de données standard TCP/IP, ainsi que les modes temps réel (RT) et temps réel isochrone (IRT), ce qui le rend particulièrement adapté aux applications complexes et sensibles au temps. Profinet facilite également l'industrie 4.0 en intégrant l'automatisation aux systèmes informatiques, tout en prenant en charge les diagnostics, la configuration et la maintenance.
7. EtherNet/IP. EtherNet/IP est largement adopté dans l'automatisation industrielle en raison de son interopérabilité, de sa grande évolutivité et de sa dépendance à l'égard de l'Ethernet standard (TCP/IP). Reposant sur le protocole industriel commun (CIP), il fournit un cadre de communication unifié pour les appareils tels que les capteurs, les actionneurs et les contrôleurs. Prenant en charge les communications en temps réel et en temps non réel, il convient autant à la commande simple qu'à la production complexe.
8. EtherCAT®. EtherCAT® (Ethernet for Control Automation Technology) est un bus de terrain Ethernet, en temps réel et haute performance, conçu pour l'automatisation industrielle. Il traite les données directement à la volée au passage des trames par les appareils, réduisant ainsi les retards et optimisant l'efficacité. Réputé pour sa faible latence, sa synchronisation précise et son évolutivité, EtherCAT® se révèle idéal pour le contrôle des mouvements, la robotique et la production à grande vitesse.
9. Powerlink. Powerlink est un protocole Ethernet ouvert et en temps réel pour l'automatisation industrielle, assurant une communication déterministe et rapide. Il repose sur un mécanisme maître-esclave planifié dans le temps pour garantir un échange de données précis avec une latence et une gigue faibles, idéal pour le contrôle des mouvements ou la robotique.
10. CC-LINK® IE. CC-LINK® IE est un bus de terrain ouvert à grande vitesse fondé sur l'Ethernet, développé par la CC-LINK® Partner Association. Il fournit des vitesses proches du gigabit et une communication déterministe en temps réel pour l'automatisation industrielle. Très répandu en Asie, il facilite l'intégration fluide des appareils sur des réseaux complexes et prend en charge les applications de l'industrie 4.0 comme les usines intelligentes et l'IIoT.
Outre les 10 principaux protocoles d'automatisation industrielle, quatre autres technologies majeures se démarquent.
Une usine intelligente exploite les technologies numériques, l'automatisation et l'échange de données pour fournir une production flexible, efficace et interconnectée. Il intègre l'IoT, l'IA, la robotique, le big data et les systèmes cyber-physiques pour une permettre une surveillance en temps réel, des décisions autonomes et une communication fluide entre les machines, les systèmes et les personnes. Les protocoles de communication de deuxième et troisième générations forment le socle technologique de l'analyse des données et des nouveaux modèles commerciaux. Des institutions telles que les écoles de commerce et les universités utilisent les usines cyber-physiques de Festo Didactic pour se former à ces technologies avancées.
Un produit intelligent est un objet physique équipé de capteurs, de logiciels, de connectivité et d'une intelligence lui permettant de collecter, de traiter et d'échanger des données. Cette configuration permet des fonctionnalités comme la surveillance à distance, l'autodiagnostic, le comportement adaptatif et l'intégration dans des écosystèmes numériques. Parmi les premiers exemples, citons le terminal de mouvement Festo VTEM, le module d'efficacité énergétique (MSE6-E2M) et les terminaux de vannes intelligents (CPX/MPA, CPX/VTSA, VTUX) prenant en charge MQTT et OPC UA. Festo AX industrial AI apps permet des analyses avancées même pour les utilisateurs qui ne possèdent pas de connaissances en IA.
Les usines et produits intelligents constituent le cœur de l'industrie 4.0 en augmentant la productivité, réduisant les immobilisations, améliorant la qualité et accélérant la réactivité du marché. Ils facilitent une production durable, favorisent l'innovation et ouvrent la voie à de nouveaux modèles économiques.
Les ordinateurs embarqués, les automates programmables et les protocoles de communication avancés donnent aux ingénieurs les outils essentiels pour bâtir une base solide propice à des analyses de données approfondies et des solutions orientées vers l'avenir. Les leaders de l'innovation comme Festo accélèrent cette dynamique en proposant des solutions complètes.