Câblage de bus de terrain – vers quoi allons-nous ?

Fig. 1. Du bus de terrain à la fibre optique, en passant par Ethernet – la communication industrielle est toujours plus performante.

Les exigences des organisations d’utilisateurs

Les classifications des zones vertes, le montage de conduites en vue de différents domaines d’application, comme la pose fixe ou dans des chaînes d’entraînement, l’indication des types de connecteurs avec l’affectation des signaux – tout cela fait partie du répertoire standard de ces directives. Certaines organisations d’utilisateurs vont encore plus loin dans les détails et exigent que les composants soient soumis à des tests ou à des déclarations des fabricants. On ne peut ainsi utiliser pour chaque système de communication, que des composants qui soient compatibles entre eux. Leurs propriétés ayant fait l’objet d’un document écrit, elles doivent veiller à ce que l’installation de l’utilisateur fonctionne de manière fiable en respectant les prescriptions en matière de planification.

Malgré les différents domaines d’application et données du marché, certains montages de conduites et types de construction de connecteurs se sont largement diffusés sur le marché – on les utilise aujourd’hui tous systèmes confondus (fig. 2).

 

Fig. 2. Avec les connecteurs et câbles, les réseaux Ethernet industriel se concentrent sur des types moins communs.

Une nouvelle norme pour les connecteurs

La définition des composants utilisés, indépendante du fabricant, est un autre facteur important du succès des systèmes de communication. De nombreux connecteurs sont définis dans des normes internationales et décrits dans des conditions industrielles, leur géométrie et leurs performances électriques comprises. S’y ajoute désormais une norme pour les connecteurs communs M12, qui est dans une phase avancée: elle décrit la capacité de transfert des données – appelée intégrité de signal.

Ce ne sont pas seulement les composants, mais également le câblage des systèmes de communication qui sont documentés dans la norme en tant que système global. Dans les normes CEI 61918 et CEI 61784-5-x, les exigences sont spécifiquement définies, aussi bien de manière générale, que pour tous les systèmes de communication – et ce, en ce qui concerne l’étude, l’installation, la mise en service et l’entretien. De nombreux documents sont ainsi disponibles, permettant de câbler des réseaux avec facilité et en toute sécurité. Une exploitation fiable de l’installation est ainsi tout à fait possible.

 

Le lien de bout en bout

Malgré ces efforts, il existe toujours un potentiel d’amélioration afin de faciliter à l’utilisateur la mise en œuvre de systèmes de câblage de bus de terrain. L’évaluation technique d’un système de câble complet est ici un élément essentiel. Un transfert fiable des données passe par l’intégrité du signal. Avec les systèmes de l’Ethernet industriel, le modèle de canal s’inspire ici des concepts existants du câblage générique des bâtiments.

L’inconvénient de ce concept, c’est que les connecteurs situés au début et à la fin du canal ne sont pas inclus dans les calculs. Il en résulte, que les instruments de mesure courants sur le terrain masquent les caractéristiques de transmission des connecteurs du début et de la fin du canal. L’utilisateur obtient donc un résultat qui évalue la qualité de transmission du canal, sans prise en compte de ces connecteurs. Ceci est admissible dans le domaine du câblage générique, car au début et à la fin du canal, on utilise toujours des câbles patch préconfectionnés, dont la qualité a été préalablement déterminée en usine.

C’est, en revanche, bien différent dans l’automatisation industrielle: pour venir facilement à bout des structures complexes comportant des trous de passage, on pose souvent les conduites au mètre dans une installation. Les connecteurs sont ensuite raccordés dans le terrain. C’est pourquoi il est fréquent de trouver ici des connecteurs industriels RJ45 ou M12 autodénudants pour effectuer un montage sans outil. Mais si les connecteurs sont confectionnés de manière erronée au début et à la fin du canal et qu’on mesure celui-ci à l’aide d’un instrument de terrain courant, on peut avoir une connexion peu fiable, alors que ce canal est certifié dans les règles de l’art.

Des organisations internationales de normalisation, ainsi que des organisations d’utilisateurs travaillent à la résolution de ce problème. A ce sujet, il faut définir comme extension du canal, ce que l’on appelle un lien de bout en bout, prenant en compte ces connexions (fig. 3). Après avoir réussi le développement et la vérification d’un modèle mathématique, on peut donc appliquer les normes au câblage de bus de terrain (CEI 61918) et à la technique de mesure. Les fabricants d’instruments de mesure de terrain proposeront ensuite le mode de lien de bout en bout.

 

Fig. 3. Contrairement au câblage générique (en haut) avec son canal, on utilise dans l’industrie le modèle du lien de bout en bout (en bas). (EQP = équipement, C = connecteur)

Des câbles préconfectionnés pour l’industrie

La spécification de câbles patch préconfectionnés destinés à une utilisation industrielle est un autre domaine. Il est judicieux d’utiliser des conduites préconfectionnées à l’intérieur d’une armoire de commande, pour la connexion entre deux appareils – si bien que confectionner des connecteurs sur place n’est plus nécessaire. Les produits du commerce ne conviennent pas à cet effet, car ils sont inaptes en ce qui concerne les contraintes mécaniques et les gaz polluants. Aussi les organisations d’utilisateurs ont-elles défini des câbles préconfectionnés qui, avec des types de conducteurs légers et de bonnes caractéristiques industrielles, ainsi que des connecteurs de haute qualité, couvrent de manière optimale ces utilisations.

Dans le domaine de la fibre optique également, il existe suffisamment d’applications pour des câbles préconfectionnés. Ce concept est également intéressant hors de l’armoire de commande, car la confection des connecteurs dans le terrain est vue de manière critique par les utilisateurs, raison pour laquelle on préfère utiliser des câbles préconfectionnés.

Il n’y avait cependant, jusqu’à présent, aucune définition d’une adéquation industrielle des câbles patch en fibre optique. Grâce à une norme CEI, on a maintenant défini pour la première fois une série de tests, que les composants doivent passer avec succès dans le milieu industriel. Sur cette base, ce ne sont pas seulement les connecteurs industriels en fibre optique qui sont testés. En effet, on a également initié un projet de normalisation, visant à spécifier des câbles préconfectionnés pour l’utilisation industrielle, avec leurs paramètres optiques et environnementaux (fig. 4).

 

Fig. 4. Les câbles patch industriels sont normalisés en tenant compte de leurs exigences spécifiques.

L’intégration des réseaux

L’accroissement des performances et les mesures pour l’assurance qualité continuent à poser de nouvelles exigences à la technique d’automatisation des réseaux de communication. Là où aujourd’hui des bus de terrain et des réseaux Ethernet de 100 Mbit/s sont conformes, viendront s’y ajouter demain des appareils comme des caméras, des serveurs ou des lecteurs. Les réseaux de communication industriels doivent donc opérer avec des vitesses de transfert de données plus élevées. Les organisations d’utilisateurs de premier plan relèvent ce défi et enrichissent leurs spécifications de câblage de manière à pouvoir également transmettre Ethernet à des vitesses de 1 Gbit/s, voire davantage.

Contrairement au câblage avec deux paires de fils, suffisant pour 100 Mbit/s, il en faut ici quatre. Les connecteurs RJ45 sont spécifiés pour ces vitesses de transfert de données selon la catégorie 6_A. Ils sont disponibles sur le marché, y compris en exécution industrielle, pour une confection rapide, sans outils.

 

Un connecteur à huit pôles et codage X

En revanche, les connecteurs M12 à quatre pôles et en codage D, utilisés dans de nombreux réseaux industriels Ethernet, ne conviennent pas à ce concept. Ce problème a été résolu avec succès au moyen d’un connecteur à huit pôles et codage X. Grâce à ses performances selon la catégorie 6_A, il transmet des données jusqu’à une vitesse de 10 Gbit/s, satisfaisant ainsi à toutes les exigences industrielles. Les concepts de câblage des organisations d’utilisateurs ont donc pu être étendus à des vitesses de transfert de données plus élevées, rationnellement et sans rupture.

Sur la base de ces normes de câblage, les deux univers peuvent à l’avenir se rapprocher étroitement: le monde des télécommunications commerciales avec son câblage générique et le monde des techniques d’automatisation avec les systèmes de câblage des organisations d’utilisateurs. Les informations entre les participants d’un réseau d’automatisation et le câblage générique sont plus faciles à échanger et à intégrer dans cette solution globale. Des participants ayant des vitesses de transfert de données plus élevées sont intégrés dans la solution d’automatisation sans interruption du système, ce qui permet d’utiliser de manière optimale les avantages de ces deux univers, afin d’accroître la performance de l’installation (fig. 5).

Fig. 5. Les applications modernes ont des participants dont les vitesses de transfert de données sont de l’ordre du gigabit, intégrés dans des réseaux d’automatisation modernes.

Conclusion

Le câblage est l’épine dorsale des systèmes de communication industrielle. Grâce à des composants minutieusement définis et harmonisés, ainsi qu’avec le cahier des charges nécessaire, les utilisateurs peuvent aujourd’hui construire leur installation avec sécurité et l’exploiter de manière fiable. Des perfectionnements dans les topologies et les tests de composants permettent d’améliorer l’efficacité et d’exploiter les réseaux avec sécurité. Des applications toujours plus performantes peuvent ainsi constituer une base solide de la technique du transfert des données.

 

PHOENIX CONTACT AG

8317 Tagelswangen

Tél.: 052 354 55 55

www.phoenixcontact.ch

 

---

* Chef de la division Connecteurs d’appareils, Phoenix Contact AG, Tagelswangen