Réseaux de terrain - Fondamentaux et principes de base

Ce cours sur les réseaux de terrain (1ère partie) couvre les fondamentaux des bus de terrain, des systèmes de communication numériques dédiés conformes au modèle OSI (ISO 7498 – 1983). Il aborde les définitions clés, le modèle à couches, les besoins et les conséquences de l'utilisation de ces réseaux, ainsi que leurs avantages, inconvénients et objectifs. Le support PDF, disponible en téléchargement gratuit, propose une analyse détaillée des caractéristiques principales des bus de terrain, leur classification et leur place dans la pyramide du CIM (Conduite Intégrée de Maintenance). Le cours inclut des exemples concrets, comme celui de Schneider Electric, et explore les bus de terrain hors ateliers. Il traite également de la normalisation et de l'état actuel des standards, tout en envisageant l'évolution future, notamment la possibilité d'une domination d'Ethernet. Enfin, une synthèse permet de consolider les connaissances acquises. Destiné aux professionnels et étudiants en automatisme et réseaux industriels, ce support offre une base solide pour comprendre et maîtriser les enjeux des réseaux de terrain.

Contenus explorés en détail

Ce cours approfondit les réseaux de terrain, en commençant par les définitions clés et le modèle OSI (ISO 7498). Il aborde les besoins industriels, les avantages et inconvénients des bus de terrain, ainsi que leur classification selon la pyramide CIM. Les caractéristiques techniques (débit, topologie) et les normes en vigueur sont analysées, avec un focus sur des solutions comme Schneider Electric. La partie "Futur : TOUT Ethernet ?" ouvre une réflexion sur l'évolution des protocoles.

• Maîtriser les concepts fondamentaux : Modèle OSI, terminologie (bus, nœuds, maître/esclave).
• Comparer les solutions industrielles : Analyse des protocoles (Profibus, Modbus) et de leurs cas d'usage.

Public concerné par ce PDF

Destiné aux techniciens industriels, ingénieurs en automatisme et étudiants en génie électrique, ce module requiert des bases en réseaux. Les professionnels en reconversion dans l'industrie 4.0 y trouveront aussi un cadre structurant pour comprendre l'interconnexion des machines (OT/IT).

Exemples pratiques et applications réelles

Un cas concret montre l'intégration d'un bus Profibus dans une chaîne d'embouteillage : réduction de 40% du câblage et supervision centralisée des capteurs. Un autre scénario simule le dépannage d'une panne de communication entre PLCs via Modbus TCP, avec analyse des trames et outils de diagnostic.

Secteurs d'application professionnelle

• Automobile : Synchronisation des robots de soudure via Profinet. Exemple : ligne d'assemblage chez Renault.
• Pharmaceutique : Contrôle en temps réel des conditions stériles avec Ethernet/IP. Exemple : salle blanche Sanofi.
• Énergie : Supervision distante des parcs éoliens avec Modbus RTU. Exemple : maintenance prédictive chez EDF.

Nouveauté 2025 : Convergence croissante entre les protocoles de terrain et le cloud industriel (OPC UA over TSN).

Guide des termes importants

• Modèle OSI : Architecture en 7 couches standardisant les communications réseaux (physique, liaison, réseau...).
• Topologie bus : Disposition linéaire des nœuds sur un câble commun, typique des réseaux Profibus.
• Jitter : Variation de latence critique pour la synchronisation des actionneurs.
• CIM (Computer Integrated Manufacturing) : Niveaux hiérarchiques (capteurs, contrôle, ERP).
• Couche physique : Support matériel (paire torsadée, fibre optique) et codage des signaux.

Réponses aux questions fréquentes

Quelle est la différence entre Modbus et Profibus ?
Modbus est un protocole ouvert simple (RTU/TCP), tandis que Profibus offre des débits plus élevés et des fonctions avancées (diagnostic) mais est propriétaire.

Comment sécuriser un bus de terrain ?
Isolation physique, VLANs, et chiffrement des trames (ex : Profisafe). Limiter l'accès aux ports avec des commutateurs managés.

Quels outils pour analyser les trames ?
Wireshark avec plugins dédiés (ex : Profibus dissector) ou analyseurs matériels comme le ProfiTrace.

Ethernet va-t-il remplacer les bus classiques ?
Oui progressivement (EtherCAT, Profinet), mais les bus traditionnels restent en place pour leur robustesse en milieu hostile.

Comment choisir entre bus et réseau sans fil ?
Privilégier le fil pour les applications temps réel critiques (automobile), le sans fil pour les capteurs mobiles (logistique).

Exercices appliqués et études de cas

Projet 1 : Migration d'un réseau AS-i vers Ethernet/IP
1. Auditer l'existant (débit requis, nombre de nœuds). 2. Choisir les switchs industriels (résistance aux vibrations). 3. Configurer les adresses IP des PLCs. 4. Tester la redondance avec protocole MRP.

Projet 2 : Diagnostic d'une panne sur réseau CANopen
1. Capturer les trames avec un analyseur. 2. Identifier les erreurs CRC. 3. Vérifier la terminaison des lignes (120 Ω). 4. Simuler un nœud défaillant avec un logiciel comme CANalyzer.