Ethernet industriel

Ethernet Industriel est le terme utilisé pour désigner les protocoles de communication industriels utilisant les couches physiques standard Ethernet telles que :

> EtherNet/IP.
> Modbus TCP.
> TCP et UDP.

Sur un réseau Ethernet Industriel, il est possible de connecter :
> Des produits industriels (protocoles de communication industriels) tels que des contrôleurs, des variateurs de vitesse, des robots, …
> Des produits utilisant des protocoles propriétaires basés TCP/UDP.
En outre, il est possible d’utiliser simultanément différents protocoles Ethernet Industriel sur le même réseau.

Le protocole EtherNet/IP

EtherNet/IP est un protocole de communication industriel basé sur le protocole CIP (Common Industrial Protocol), détenu et géré par l’ODVA, une organisation de normalisation indépendante internationale (www.odva.org).
EtherNet/IP résulte de l’implémentation du protocole CIP sur l’Ethernet standard.
EtherNet/IP fonctionne sur le même équipement et la même infrastructure que Modbus TCP, et les deux protocoles peuvent être activés simultanément et à tout moment sur le réseau.
EtherNet/IP est un protocole robuste qui permet l’utilisation d’équipements avancés tels que des caméras, des robots, …

Services avancés et performances élevées
EtherNet/IP est orienté objet. Dans chaque équipement EtherNet/IP, les données sont classées en objets et chaque équipement peut être associé à plusieurs types d’objets en fonction de l’usage auquel il est destiné. L’intégration des équipements est facilitée grâce aux objets prédéfinis et standards.
Le protocole EtherNet/IP utilise une architecture Originator/Target pour l’échange de données.

Le protocole Modbus TCP

Modbus est le standard de communication de l’industrie en place depuis 1979.
Modbus a été combiné avec Ethernet, pendant la révolution d’internet, pour former Modbus TCP, un protocole Ethernet complètement ouvert.

Modbus TCP, simple et ouvert
La couche application Modbus est simple et universellement familière avec ses 9 millions de connexions installées.
> Des milliers de fabricants ont déjà mis en oeuvre ce protocole. Beaucoup ont déjà développé une connexion Modbus TCP et de nombreux produits sont actuellement disponibles.
> La simplicité de Modbus TCP permet à tout appareil bus de terrain tel qu’un module d’entrées/sorties de communiquer sur Ethernet sans avoir besoin d’un puissant microprocesseur ou une grande capacité de mémoire interne.

Modbus TCP, une norme
> Le protocole d’application est identique sur Modbus liaison série et Modbus TCP ; les messages peuvent être acheminés d’un réseau à l’autre sans conversion de protocole.
> Depuis que Modbus fonctionne sur la couche supérieure TCP/IP, les utilisateurs bénéficient de dispositifs de routage IP autorisant les équipements situées partout dans le monde de communiquer sans soucis des distances qui les séparent.
Modbus et Modbus TCP sont reconnus comme un bus de terrain par la norme internationale IEC/EN 61158. Ils sont également conformes à la “norme nationale chinoise” gérée par ITEI.
Le protocole Modbus TCP utilise une architecture client/serveur pour l’échange de données.

Contrôleurs logiques Modicon M221, M241 et M251

Les ports de communication Ethernet embarqués sur les contrôleurs logiques Modicon M221, M241 ou M251 et sur le module de communication Modicon TM4ES4 permettent une parfaite intégration des machines dans les architectures réseaux usine.
Les contrôleurs Modicon M221, M241 et M251 s’intègrent facilement dans des architectures de type :
> Machine vers équipements (variateurs de vitesse, modules d’entrées/sorties déportés, terminaux de dialogue) avec la fonction scrutation d’entrées/sorties (I/OScanner).
> Machine vers machine avec la fonction NGVL.
> Machine vers supervision avec la fonction Modbus Client/Serveur et EtherNet/IP adapter.

Ethernet apporte aussi la transparence dans l’usine, permettant notamment à partir de n’importe quel point du réseau et de façon sécurisée grâce aux fonctions de pare-feu :
> De programmer, surveiller un contrôleur ou de télécharger une application.
> D’accéder aux paramètres des équipements, variateurs de vitesse par exemple.

Un simple navigateur internet permet d’accéder aux machines à tout moment et quelque soit leur localisation, au moyen de tablette ou de smartphone, par exemple, grâce aux serveurs web embarqués dans les contrôleurs Modicon M241 et M251.
La sécurité peut être renforcée par l’utilisation de modems VPN.

(1) Logiciel de configuration SoMachine :
– FDR : “Fast Device Replacement”,
– DTM : “Device Type Manager”,
– TVDA : Architectures testées, validées et documentées.
(2) Intégration en tant qu’équipement générique.

Serveurs Web

Serveur Web pré-configuré
A partir d’un simple navigateur internet disponible sur PC, smartphone ou tablette, ce serveur autorise les fonctions “prêtes à l’emploi” suivantes :
> Sans aucune programmation préalable :
– Visualisation de l’état des entrées/sorties.
– Diagnostic du contrôleur, de ses modules d’extension et de communication.
– Diagnostic des ports de communication.
– Diagnostic de la fonction I/O Scanner.
– Fonctions de maintenance et de configuration (EtherNet/IP, pare feu …).

> Après configuration :
– Visualisation de valeurs de données.
– Visualisation de l’évolution de ces données dans le temps (fonction oscilloscope).

Serveur Web visu
Le logiciel de programmation SoMachine permet de créer des pages personnalisées pour la visualisation et la surveillance des équipements. Ces pages sont aussi accessibles sur tout équipement mobile tel que tablette, smartphone quelque soit le système d’exploitation (iOS, Android, Windows).

Description des services Ethernet

Network Global Variable List (NGVL)
Le protocole NGVL permet à un contrôleur de mettre à disposition d’autres contrôleurs des données sur un réseau local Ethernet (LAN) ou de s’abonner aux données publiées par d’autres contrôleurs qui prennent en charge le protocole NGVL permettant ainsi, par exemple, la synchronisation entre plates-formes de contrôle.

Scrutation d’entrées/sorties (Industrial Ethernet Manager)
Le service Industrial Ethernet Manager permet de gérer l’échange d’états des entrées/sorties distantes sur le réseau Ethernet, après une simple configuration et sans besoin de programmation spécifique.
La scrutation des entrées/sorties est effectuée d’une manière transparente à l’aide de requêtes de lecture/écriture selon le protocole Modbus TCP ou EtherNet/IP, on parle alors de Scanner Manager sur Modbus TCP ou de Scanner Manager sur EtherNet/IP.

Modbus TCP esclave
Cette fonction permet de créer une table spécifique d’entrées/sorties dans le contrôleur, accessible par le protocole Modbus TCP et accessible par un contrôleur ayant la fonction Modbus TCP I/O Scanner.

Fast Device Replacement (FDR)
Ce service utilise les technologies standard de gestion d’adresse (BOOTP, DHCP) et le service de gestion de fichiers TFTP (Trivial File Transfer Protocol), dans le but de faciliter la maintenance des produits Ethernet.
Le service FDR permet de remplacer un produit par un produit neuf en réalisant sa détection, sa reconfiguration et son redémarrage automatique par le système.

Accès aux fichiers par FTP (File Transfer Protocol)
Ce service permet d’accéder aux fichiers du contrôleur à partir, par exemple, d’un ordinateur (client FTP) et d’échanger des fichiers tels que programme applicatif, données, …
Ce service est accessible même si le contrôleur n’a pas de programme applicatif en mémoire.
Protocole de configuration dynamique de l’hôte (DHCP)
Ce protocole permet d’assigner automatiquement une adresse à un contrôleur (DHCP/BOOTP client). Cette adresse peut être :
> Fixe et déterminée soit dans le logiciel SoMachine soit incluse dans un fichier de post configuration.
> Assignée par un contrôleur ayant la fonction DHCP serveur ou BOOTP serveur (comme le contrôleur logique TM251MESE).

SNMP (Simple Network Management Protocol)
Le protocole SNMP permet depuis une station gestionnaire de réseau, de surveiller et contrôler les composants de l’architecture Ethernet et ainsi de donner un diagnostic rapide en cas de problème.
Le protocole SNMP permet l’accès aux objets de configuration et gestion qui sont contenus dans les “MIB” (Management Information Base) des produits.
Les contrôleurs Modicon M241 et M251 supportent l’interface de gestion de réseau SNMP “MIB 2 Standard”. Un premier niveau de gestion de réseau est accessible via cette interface ; il permet au gestionnaire d’identifier les produits composants l’architecture et de récupérer des informations générales sur la configuration et le fonctionnement des interfaces Ethernet Modbus TCP.

Filtre d’adresse IP (White listing)
Les adresses IP, autorisées à accèder au contrôleur peuvent être chargées dans le contrôleur à partir soit d’une carte SD soit d’un client FTP.

Verrouillage des protocoles de communication
Les protocoles de communication SoMachine, NetManage (1), SNMP ainsi que les serveurs Modbus, WEB et FTP peuvent être verrouillés individuellement dans le logiciel SoMachine.

EtherNet/IP target
Cette fonction permet de créer une table spécifique d’entrées/sorties dans le contrôleur, accessible par le protocole EtherNet/IP et accessible par un contrôleur ayant la fonction Ethernet/IP originator. EtherNet/IP target a le même rôle pour EtherNet/IP qu’un Modbus TCP esclave.

EtherNet/IP originator
Les contrôleurs ayant cette fonction sont à l’origine des échanges avec les équipements possédant la fonction Ethernet/IP target. EtherNet/IP originator a le même rôle pour EtherNet/IP qu’un Modbus TCP maître.

(1) La fonction NetManage permet de détecter automatiquement les contrôleurs présents sur le
réseau. Elle offre en outre la possibilité de se connecter simplement à n’importe quel contrôleur
présent sur le réseau afin de l’identifier physiquement par un message visuel ou sonore et d’en
modifier les paramètres ou de gérer l’application résidente.

Classe transparent ready et Fonctions

Caractéristiques réseau du contrôleur Modicon M251

Ports Ethernet des contrôleurs logiques et du module switch Ethernet

Contrôleurs logiques M221
(1) Sur contrôleurs TM221ME…. : connecteur type RJ 45 pour réseau Ethernet, avec LED de visualisation de vitesse d’échange et d’activité.
(2) Sur contrôleurs TM221CE… : connecteur type RJ 45 pour réseau Ethernet, avec LED de visualisation de vitesse d’échange et d’activité.

Contrôleurs logiques M241
(3) Sur contrôleurs TM241CE… : connecteur type RJ 45 pour réseau Ethernet, avec LED de visualisation de vitesse d’échange et d’activité.

Contrôleurs logiques M251
(4) Sur contrôleurs TM251MESE et TM251MESC : 2 connecteurs reliés par un switch interne type RJ 45 pour réseau Ethernet “Machine ou Usine”, avec LED de visualisation de vitesse d’échange et d’activité.
(5) Sur contrôleur TM251MESE : connecteur type RJ 45 pour réseau Ethernet “bus de terrain” avec LED de visualisation de vitesse d’échange et d’activité. Ce port peut être utilisé avec la fonction Industrial Ethernet Manager.

Module de communication switch Ethernet TM4ES4
(6) 4 connecteurs type RJ 45 pour réseau Ethernet avec LED de visualisation de vitesse d’échange et d’activité.

Architecture Ethernet Industriel

(1) Cordons cuivre droits.
(2) Câble cuivre Ethernet 2 paires torsadées blindées.
(3) Switches ConneXium, non administrables.

(1) Accès Ethernet sans fil.
Nota : les ports des contrôleurs M251 et du module de communication TM4ES4 ne peuvent pas être utilisés pour réaliser des architectures redondantes.

Architecture réseau Ethernet industriel ou EtherNet/IP pour contrôleurs logiques Modicon M258,contrôleurs de mouvement Modicon LMC058 et Modicon LMC078

(1) Cordons cuivre droits.
(2) Cordons croisés.
(3) Switch optimisé paire torsadée ou Switches paire torsadée, non administrables.
(3a) Switches paire torsadée ou Switches paire torsadée et fibre optique.

Classe transparent ready et Fonctions