Les réseaux industriels peuvent être complexes. Dès les années 80, il était clair que la commande numérique d'un système nécessitait une communication aussi parfaite que possible entre les participants du système. Pour l'automatisation progressive d'un système, il convient donc de connecter le plus d'appareils possible à la commande du système. Cependant, le plus grand nombre possible d'appareils impliquait généralement des coûts de câblage très élevés, car le câblage s'effectuait toujours en parallèle et tous les participants étaient câblés individuellement avec la commande.
Le souhait d'un câblage en série est alors devenu de plus en plus important. La technique de bus de terrain mise en place à l'époque ne communique donc qu'avec un seul câble et transmet des informations – sous forme de bits – successivement et non parallèlement.
Un système de bus de terrain relie capteurs et actionneurs pour échanger des informations avec un automate programmable industriel (API). C'est-à-dire qu'une connexion de données d'un API à différents participants de l'appareil est créée par l'intermédiaire de câbles de bus.
La plupart des bus de terrain sont basés sur la méthode dite Master-Slave. Le Master est responsable de la commande de processus, les Slaves exécutent les tâches de communication qui leur sont assignées.
La norme internationale CEI 61158 (Industrial communication networks - Fieldbus specifications) définit dans la partie 1 le concept qui se cache derrière les bus de terrain et standardise dans ses autres parties les différents systèmes qui peuvent être mis en place avec les bus de terrain.
Une solution pratique : les avantages de la technologie de bus de terrain
Les bus de terrain ne communiquent qu'avec UN seul câble. Cela présente les avantages suivants
| Avantage | Explication |
| Simplicité | La communication s'effectue via UN câble, ce qui facilite et accélère le projet de planification de la pose d'un système de bus de terrain. Un seul câble réduit les coûts d'installation et simplifie les armoires de distribution. |
| Fiabilité | Les courtes distances de signaux dans le système de bus de terrain augmentent la fiabilité de la communication. Grâce à la voie de communication Master-Slave, une protection anti-collision est obtenue presque automatiquement. |
| Protection contre les interférences | Un système de bus de terrain offre une protection accrue contre les interférences, en particulier pour les valeurs analogiques. De plus, grâce à la simplicité du système, une recherche de défaillance est facile à mettre en place en cas de dysfonctionnement. |
| Normaliser | Les protocoles des systèmes de bus de terrain sont normalisés et peuvent fonctionner avec différents appareils de différents fabricants. En tant que client, vous n'êtes pas lié à un seul fabricant. |
| Flexibilité | Le système peut être facilement étendu et les capteurs et actionneurs peuvent être insérés de manière flexible. |
| Rééquipement | La technique de bus de terrain est souvent bien intégrée aux systèmes Ethernet et permet ainsi un changement de technologie facile. |
Contrairement aux avantages, la technologie de bus de terrain présente des inconvénients. Parmi ces inconvénients se trouvent des temps de réaction plus longs et des coûts plus élevés, car les composants individuels du bus de terrain sont beaucoup plus chers que les composants alternatifs aux systèmes de communication.
Le bon choix : caractéristiques des bus de terrain
Un système de bus de terrain est rarement sélectionné selon des critères techniques, mais plutôt selon le type de commande programmable de mémoire (API) utilisé. Chaque fabricant d'API favorise et optimise en conséquence une technologie de bus de terrain pour ses applications, afin que les capteurs et actionneurs puissent échanger des informations sans interruption ni retard.
Tous les bus de terrain possèdent la même fonction de base : la transmission cyclique des données d'entrée et de sortie. Les différences techniques entre les différents systèmes de bus de terrain sont les suivantes :
- Longueur de câble maximale atteignable
- Nombre maximum d'octets de données par paquet de données
- Étendue des fonctions
- Forme de la topologie (par ex. étoile, anneau, arbre)
- Médium de transmission (cuivre, ondes optiques, radio)
Communication orientée vers les paquets via les normes de protocole de bus de terrain
Un langage commun est nécessaire pour que les appareils de terrain puissent parler avec leur commande et vice versa. Les conditions-cadres pour une communication parfaite sont définies et standardisées dans des protocoles (de réseau).
Différents systèmes de bus peuvent être utilisés pour répondre aux exigences techniques auxquelles doit satisfaire un réseau dans votre environnement d'application.
Les paragraphes suivants traitent du câblage simple S/A (capteur/actionneur), qui relie les capteurs et actionneurs entre eux, ainsi que des bus de terrain plus complexes, qui établissent une mise en réseau entre la périphérie décentralisée et les appareils de commande.
Renseignez-vous ci-dessous sur les principaux standards de pour la technologie de bus de terrain :
Câblage capteur/actionneur facile
Pour le raccordement des capteurs et actionneurs conventionnels aux niveaux supérieurs du réseau, des câbles S/A en cuivre ainsi que divers composants de bus sont généralement disponibles. Dans le cas du câblage simple capteur/actionneur, seuls des niveaux de tension ou des courants simples sont transmis. Aucune communication par paquets via des protocoles n'est effectuée.
Câblage réseau plus complexe
Extension intelligente : IO-Link
IO-Link est la première technologie IO normalisée au niveau mondial et sert à la communication entre capteurs et actionneurs. Cette technologie est normalisée et définie au niveau international dans la norme CEI 61131-9.
La technologie est basée sur une communication point-à-point au moyen d'un raccordement capteur/actionneur à 3 conducteurs. IO-Link n'est pas un bus de terrain, mais une technique de raccordement. Celle-ci est indépendante du bus de terrain et peut être intégrée dans tous les bus de terrain. Un système IO-Link est constitué d'un maître et d'un ou plusieurs appareils (capteurs et actionneurs). Le maître sert d'interface à l'API central et commande les appareils connectés. Grâce à la communication bidirectionnelle, IO-Link permet un diagnostic avancé des capteurs et actionneurs. Une maintenance à distance des appareils est ainsi possible.
IO-Link se distingue par son débit de transmission des données rapide de 4,8 kBaud, 38,4 kBaud et 230,4 kBaud. Les données sont envoyées rapidement l'une après l'autre à l'aide du protocole IO-Link. La technique de raccordement nécessite peu d'espace et permet ainsi la miniaturisation de la communication intelligente entre le capteur et l'actionneur.