Le paysage de la
connectique industrielle a
considérablement évolué
ces dernières années pour
accompagner la pénétration
de plus en plus importante
d’Ethernet sur le terrain de
la production. En effet, les
connecteurs sont les relais
incontournables entre les
câbles transportant des
données et les appareils qui les
délivrent ou les enregistrent.
Les capacités et les avantages
d’Ethernet permettent à ce
standard de communication en
réseau, de convaincre de plus en plus
d’entreprises à l’utiliser au sein de
leurs installations industrielles. Les
liaisons Ethernet sont déployées en
complément ou en remplacement des
autres réseaux à finalité industrielle
que sont : CANopen, DeviceNet,
Profibus ou encore AS-I. La principale raison tient à ce que les réseaux
Ethernet gèrent de plus grandes
quantités de données à des vitesses
plus rapides que les autres standards
de communication de l’industrie.
Le standard Ethernet a été d’abord
utilisé dans l’informatique bureautique
et de gestion pour la connexion des
postes de travail aux serveurs de
données et d’impression. Au fil du
temps, il a été adapté aux environnements
industriels, les entreprises
souhaitant profiter de ses capacités
en matière de transferts rapides de
données jusque sur les sites de production
eux-mêmes.
Le passage à l’Ethernet industriel
apparaît comme une évolution
presque naturelle puisque les directions
informatiques des entreprises
maîtrisent déjà cette technologie.
Dans la pratique, son adaptation aux
sites de production s’avère sensiblement
différente de son usage dans
des bureaux qui subissent de bien
moindres contraintes environnementales.
Le second facteur qui favorise
l’adoption de l’Ethernet industriel est sa capacité à véhiculer de plus grands
volumes de données à des vitesses
plus élevées que les bus de terrain ;
un élément critique à l’heure où les
entreprises s’intéressent aux possibilités
offertes par l’Internet industriel
des objets (IIoT).
Dans tous les secteurs liés à la fabrication,
à la transformation et aux process,
les entreprises sont confrontées à
l’obligation d’ajouter des capteurs
communicants et de les relier à une
foule d’autres équipements. Il s’agit
de l’une des évolutions majeures tirée
par l’Industrie du Futur afin que les
gestionnaires opérationnels disposent
d’une représentation précise de l’état
de fonctionnement présent voire futur
de l’installation. Ethernet est un moyen
idéal pour relier des dispositifs hétérogènes.
Et ce, d’autant plus qu’il permet
de faire le lien entre les systèmes
dédiés à la production, pilotés par
les automaticiens et l’informatique
de gestion mise à la disposition des
ingénieurs, des superviseurs et des
managers travaillant dans les bureaux.
S’adapter aux
exigences
industrielles
Le dispositif Ethernet la plus connu
est le connecteur RJ45, tout spécialement
apprécié pour sa facilité
d’utilisation et ses possibilités de
connexion et de déconnexion
rapides. La norme IEC 60603-7
qui définit sa conception et sa
construction, prévoit huit contacts
couvrant la totalité des standards
de communication Ethernet actuels
puisque les connecteurs peuvent
gérer de deux à quatre paires de
fils avec une protection IP20.
Cela étant, les terminaisons en plastique
des connecteurs RJ45 mâles
et femelles sont trop fragiles pour
résister aux conditions rencontrées
au plus près des machines de
production et de conditionnement.
Les vibrations et les chocs peuvent
rapidement endommager ses terminaisons
sans parler de l’accumulation
des poussières, des projections
d’eau ou de lubrifiants corrosifs et
des changements de température.
En réponse à ces exigences, les
ingénieurs se sont tournés vers les
connecteurs M12 déjà largement
utilisés pour les capteurs, et les ont
adaptés pour les besoins d’Ethernet.
Les connecteurs M12 disposent par
exemple, d’un surmoulage résistant
aux vibrations et aux chocs accidentels
qui de surcroît, encapsule ses
composants internes en apportant
un indice de protection IP67 contre
la poussière et les infiltrations.
Les connecteurs M12 existent dans
des versions présentant quatre
broches (D-Code) ou huit broches
(A-Code et X-Code). Ils couvrent
ainsi les exigences des différents
standards Ethernet actuels pour
des transferts de données allant
jusqu’à 10 Gbits/s en fonction du
type de câbles utilisé et du nombre
de paires torsadées présentes.
Les connecteurs
suivent le rythme
Bien sûr, l’une des principales caractéristiques
qui joue sur la conception
du connecteur, concerne la vitesse
de transfert maximale supportée,
qui dépend aussi des progrès réalisés
parallèlement dans la qualité des câbles.
Pour des vitesses allant jusqu’à 100
Mbits/s (100Base-T), un câble Ethernet
ne nécessite que deux paires de fils
conducteurs. Pour des vitesses allant
jusqu’à 1 Gbit/s (1000Base-T), quatre
paires sont nécessaires ; une configuration
qui convient aussi aux liaisons
atteignant 10 Gbits/s (10GBase-T).
Selon le standard que l’on souhaite
utiliser, le connecteur M12 devra donc
comporter quatre ou huit broches.
Les connecteurs conçus pour l’Ethernet
industriels ont évidemment continué à
évoluer pour supporter des vitesses
de transmission toujours plus élevées.
Les connecteurs M12 à quatre broches ont donc cédé le pas devant les douilles
comportant huit broches, sachant que
le haut de gamme actuel est le connecteur
M12 X-Code, qui supporte des
débits de 10 Gbits/s. A cette fin, ce
connecteur de type X-Code dispose
d’un blindage renforcé et s’appuie sur
des câbles en cuivre de qualité Cat 6A
ou Cat 7. A l’intérieur du connecteur,
chacune des quatre paires de fils torsadées
est isolée des autres. Il s’agit d’éviter
que les transitions des signaux qui
s’opèrent à des fréquences élevées, ne
soient perturbées par des phénomènes
de couplage ou d’induction d’une paire
à l’autre.
Cette technologie connaît un regain
d’intérêt de la part des entreprises
industrielles à la recherche de vitesses
élevées parallèlement à un accroissement
de la qualité et de la fiabilité
des transmissions. Ces nécessités
s’imposent sous la poussée des applications
qui véhiculent de grands volumes
de données comme les systèmes de
vision 2D et 3D à haute fréquence, les
caméras HD et Ultra-HD, les scanners
volumiques 3D à large spectre, etc.
De tels systèmes ont non seulement
besoin de débits élevés mais aussi, de
la garantie des délais d’acheminement ;
une incohérence dans les flux ou la
corruption de données pouvant provoquer
un blocage de l’application.
Au-delà des utilisateurs finaux, les
fabricants profitent aussi des possibilités
offertes par les connecteurs industriels.
Par exemple, les concepteurs
de caméras ou de systèmes de vision
ont commencé à installer des connecteurs
de classe M12 X-Code sur leurs
équipements, afin d’augmenter leur
performance et leur efficacité.
Prime à la compacité
Les tendances qui poussent à la conception
de dispositifs d’automatisation de
plus en plus compacts, touchent évidemment
les dispositifs de connexion qui les
équipent.
Un des meilleurs exemples est celui des modules d’E/S et des
connecteurs dont ils sont équipés. La miniaturisation poussée des
composants électroniques a permis aux fabricants de systèmes
d’automatisation, de réduire la taille des modules d’E/S, tout en
favorisant la multiplication des ports de communication à haut débit.
La taille de tels blocs d’E/S impose de recourir à des connecteurs de
petit format, ce qui a favorisé le passage des connecteurs M12 aux
connecteurs M8.
Avant d’être adaptés aux liaisons Ethernet, les connecteurs M8 ont
surtout été utilisés pour relier les capteurs industriels. Le format des
connecteurs M8 convient aux besoins industriels parce que l’espacement
de ses broches est conforme aux exigences de performance
qui dépend de l’emplacement des paires torsadées dans le barillet. Si
elles sont trop éloignées ou trop inégalement espacées, les risques
d’erreurs de transmission augmentent. Au regard des normes en
vigueur, les connecteurs M8 sont conformes aux spécifications de
performances de l’Ethernet industriel pour les débits jusqu’à 100
Mbits/s.
Le standard Ethernet poursuivant son expansion rapide dans les
milieux industriels, les fabricants devront à l’évidence adapter les
connecteurs existants aux nouveaux usages. L’une des évolutions
attendues en matière de connectique concerne les liaisons à quatre
paires torsadées, utilisées pour la transmission des données jusqu’à
40 Gbits/s (40GBase-T). Initialement, les analystes considéraient que
la demande pour de tels débits, concernerait d’abord l’informatique
de gestion avant d’atteindre le plateau industriel. L’explosion des
besoins en transmission de données dans l’usine connectée, risque
de sérieusement bouleverser la donne puisque les applications industrielles
vont faire exponentiellement croître les besoins en capacité
de transfert de données sur et entre les sites de production.
L’autre domaine dans lequel l’utilisation d’Ethernet ne peut que croître
concerne les sites sensibles où les bus de terrain tels que Profibus
ou AS-I restent majoritairement déployés. Là-encore, la tendance
à adopter Ethernet se renforce toujours dans le but d’obtenir des
vitesses de transferts plus élevées mais aussi, pour l’effet d’entraînement
que constituent les autres industries où cette technologie a déjà
fait ses preuves. Lorsqu’un incident survient sur un site à risques, les
conséquences peuvent être dramatiques. La capacité d’Ethernet à
interconnecter les équipements mais aussi, à faciliter leur supervision
de manière centralisée, peut aider les ingénieurs à mettre en place des
systèmes de surveillance en temps réel. Preuve s’il en est que cette
tendance se renforce, les fabricants spécialisés ont déjà commencé
à adapter les connecteurs existants pour répondre aux exigences
normatives et aux standards des environnements industriels sensibles
comme les zones Atex.
