« Le stan­dard OPC UA sur ré­seaux TSN rend les bus de ter­rain in­utiles »

Mesures - - Front Page - Pro­pos re­cueillis par Pas­cal Coutance

La mise en oeuvre des concepts de pro­duc­tion les plus avan­cés passe par une com­mu­ni­ca­tion to­ta­le­ment in­té­grée, de­puis le sys­tème ERP jus­qu’à la ma­chine. Pour faire tom­ber les bar­rières entre sys­tèmes in­for­ma­tiques et sys­tèmes d’au­to­ma­ti­sa­tion,les uti­li­sa­teursd’équi­pe­ment­sin­dus­triels se tournent de plus en plus vers le stan­dard ou­vert OPC UA. Néan­moins, lors­qu’il s’agit de pro­cess com­plexes avec des exi­gences de temps réel, OPC UA at­teint ses li­mites. Mais la dé­cli­nai­son de ce pro­to­cole de com­mu­ni­ca­tion sur ré­seaux TSN (Time Sen­si­tive Net­wor­king) pour­rait bien chan­ger la donne, comme nous l’ex­plique Ste­fan Schö­neg­ger, di­rec­teur mar­ke­ting du spé­cia­liste au­tri­chien des au­to­ma­tismes, B&R. Me­sures. Quelles sont les grandes ten­dances con­cer­nant l’au­to­ma­ti­sa­tion in­dus­trielle et quelles en sont les consé­quences sur les pro­to­coles de com­mu­ni­ca­tions uti­li­sés en mi­lieu in­dus­triel? Ste­fan Schö­neg­ger. La com­plexi­té des tâches d’au­to­ma­ti­sa­tion in­dus­trielle ne cesse de croître, ce qui en­traîne le dé­ve­lop­pe­ment de concepts de contrôle dis­tri­bué. Connec­tés via un ré­seau Ether­net in­dus­triel, les équi­pe­ments pé­ri­phé­riques sont de plus en plus do­tés d’une in­tel­li­gence propre. Les tech­no­lo­gies d’au­to­ma­ti­sa­tion gagnent ain­si en flexi­bi­li­té et mo­du­la­ri­té, d’où une meilleure adé­qua­tion avec les be­soins de l’uti­li­sa­teur. Il n’est pas rare au­jourd’hui que des mo­dules de ma­chine (ou des ma­chines mo­du­laires) soient do­tés de leurs propres contrô­leurs et as­sem­blés pour for­mer une ma­chine com­plète et unique. Dans ce type de so­lu­tions, la pro­duc­ti­vi­té est condi­tion­née par l’ef­fi­ca­ci­té de la com­mu­ni­ca­tion entre les dif­fé­rents sous-en­sembles et com­po­sants. Pour les fa­bri­cants de ma­chines et d’ins­tal­la­tions in­dus­trielles, la mise en oeuvre d’un pro­cess ne doit pas se heur­ter aux li­mi­ta­tions in­hé­rentes aux so­lu­tions pro­prié­taires. Dans ce contexte, le stan­dard ou­vert OPC UA se pré­sente comme le pro­to­cole de com­mu­ni­ca­tion idéal, de­puis l’au­to­mate jus­qu’aux sys­tèmes ERP. Le pro­to­cole OPC UA est dé­jà im­plé­men­té par tous les grands fa­bri­cants d’au­to­ma­tismes. Ce stan­dard as­sure que les ma­chines équi­pées d’au­to­mates de dif­fé­rents fa­bri­cants puissent être co­or­don­nées fa­ci­le­ment au sein d’un seul et même sys­tème. Le pro­to­cole lui-même est in­dé­pen­dant de toutes pla­te­formes, et la pile de com­mu­ni­ca­tion peut être por­tée sur n’im­porte quel sys­tème d’ex­ploi­ta­tion ou ma­té­riel em­bar­qué. OPC UA est le seul pro­to­cole qui com­bine tous ces avan­tages aus­si ef­fi­ca­ce­ment.

Me­sures. Quelles sont les li­mi­ta­tions du pro­to­cole OPC UA et com­ment s’en af­fran­chir? Ste­fan Schö­neg­ger. Tant que les ma­chines d’une usine fonc­tionnent comme des uni­tés au­to­suf­fi­santes émet­tant et re­ce­vant spo­ra­di­que­ment des com­mandes et des don­nées de diag­nos­tic, OPC UA reste un ex­cellent choix pour la com­mu­ni­ca­tion de ma­chine à ma­chine. Néan­moins, l’usine du fu­tur se­ra bien dif­fé­rente. Ma­chines, ro­bots et convoyeurs de­vront dia­lo­guer les uns avec les autres en temps réel pour at­teindre une pro­duc­ti­vi­té maxi­male. Il se­rait tout à fait pos­sible tech­ni­que­ment de do­ter OPC UA de ca­pa­ci­tés temps réel, mais ce­la de­man­de­rait un ef­fort de dé­ve­lop­pe­ment trop im­por­tant et pré­sen­te­rait de nom­breux in­con­vé­nients. C’est pour­quoi de nom­breux fa­bri­cants d’au­to­ma­tismes et de ro­bots ont uni leurs forces pour avan­cer dans une autre di­rec­tion. Leur ob­jec­tif : per­mettre à OPC UA d’uti­li­ser les ré­seaux TSN (Time-sen­si­tive Net­wor­king), une ex­ten­sion de la norme Ether­net IEEE 802.1 en cours de dé­ve­lop­pe­ment, dans le but de do­ter Ether­net de ca­pa­ci­tés temps réel in­trin­sèques.

Me­sures. Jus­te­ment, par­lez-nous de cet ac­cord si­gné à ce su­jet fin 2016 entre grands noms des au­to­ma­tismes et de la ro­bo­tique. Ste­fan Schö­neg­ger. Cet ac­cord si­gné en no­vembre der­nier re­groupe en ef­fet des fa­bri­cants de so­lu­tions d’au­to­ma­ti­sa­tion, de sys­tèmes in­for­ma­tiques et de ro­bots de pre­mier plan qui s’as­so­cient pour pro­mou­voir le pro­to­cole OPC UA sur ré­seau TSN comme so­lu­tion de com­mu­ni­ca­tion uni­fiée entre les contrô­leurs in­dus­triels et vers le cloud. ABB, Bosch Rex­roth, B&R, Cis­co, Ge­ne­ral Elec­tric, Ku­ka, Na­tio­nal

Ins­tru­ments, Par­ker Han­ni­fin, Sch­nei­der Elec­tric, Sew-eu­ro­drive et Tt­tech consti­tuent le pa­nel de si­gna­taires. Ba­sée sur des stan­dards ou­verts, cette so­lu­tion as­sure une par­faite in­ter­opé­ra­bi­li­té entre les équi­pe­ments de ces dif­fé­rents four­nis­seurs. Les en­tre­prises qui se mo­bi­lisent ain­si au­tour D’OPC UA sur ré­seau TSN veulent que leurs fu­tures gé­né­ra­tions de pro­duits sup­portent ce pro­to­cole. Jus­qu’à pré­sent, la com­mu­ni­ca­tion entre équi­pe­ments d’au­to­ma­ti­sa­tion in­dus­trielle est mise en oeuvre à l’aide de dif­fé­rents pro­to­coles in­com­pa­tibles entre eux. Les clients se re­trou­vaient ain­si sou­vent en­fer­més dans des sys­tèmes pro­prié­taires. Pour sup­por­ter cette mul­ti­tude de pro­to­coles, les fa­bri-

cants de ma­té­riels dé­ve­loppent de mul­tiples ver­sions du même pro­duit. Dans ce contexte, les in­no­va­tions et les nou­veaux concepts d’au­to­ma­ti­sa­tion ont une por­tée li­mi­tée, et les clients ne peuvent pas ex­ploi­ter tout le po­ten­tiel de leurs so­lu­tions d’au­to­ma­ti­sa­tion. Pour ré­soudre ce pro­blème, cet ac­cord marque le lan­ce­ment d’une co­opé­ra­tion tech­nique com­mune dans le cadre de l’in­dus­trial In­ter­net Con­sor­tium (IIC) et de la fon­da­tion OPC. Les en­tre­prises par­te­naires se sont fixé comme ob­jec­tif d’abou­tir à une so­lu­tion IIOT ou­verte, uni­fiée et com­pa­tible per­met­tant une com­mu­ni­ca­tion peer-to-peer temps réel dé­ter­mi­niste entre contrô­leurs in­dus­triels et vers le cloud. Les en­tre­prises ain­si mo­bi­li­sées voient dans OPC UA sur ré­seau TSN le stan­dard du fu­tur pour l’au­to­ma­ti­sa­tion in­dus­trielle et l’in­ter­net In­dus­triel des Ob­jets (IIOT).

Me­sures. Pou­vez-vous nous dé­crire un peu plus ce pro­to­cole? Ste­fan Schö­neg­ger. OPC UATSN est la com­bi­nai­son du pro­to­cole OPC UA éten­du par le mo­dèle Pu­bli­sher/ Subs­cri­ber (Pub/sub) et du stan­dard Ether­nettsn de l’ieee.au­pa­ra­vant, OPC UA était ba­sé uni­que­ment sur le mode client/ser­veur. Un client de­mande des in­for­ma­tions et re­çoit une ré­ponse d’un ser­veur. Ce sys­tème at­teint ses li­mites dans les cas où il y a beau­coup de noeuds sur le ré­seau. Le mo­dèle pu­bli­sher-subs­cri­ber, en re­vanche, per­met les com­mu­ni­ca­tions «one-to-ma­ny» et «ma­ny-to-ma­ny». Un ser­veur en­voie ses don­nées au ré­seau (pu­blish) et chaque client peut re­ce­voir ces don­nées (sub­scribe). Mais le mo­dèle pu­bli­sher­sub­scri­ber seul est in­suf­fi­sant pour QU’OPC UA ait des ca­pa­ci­tés temps réel. C’est pour­quoi la Fon­da­tion OPC met éga­le­ment en place le TSN. Il s’agit d’une ex­ten­sion de la norme Ether­net stan­dard IEEE 802 afin d’y in­clure di­verses fonc­tions temps réel. La du­rée exacte né­ces­saire au trans­fert des don­nées peut éga­le­ment être spé­ci­fiée. OPC UATSN ap­porte toutes les briques né­ces­saires à l’har­mo­ni­sa­tion de la com­mu­ni­ca­tion pour les au­to­ma­tismes in­dus­triels. Les tech­no­lo­gies de l’in­for­ma­tion (IT) et les tech­no­lo­gies des opé­ra­tions in­dus­trielles (OT) pro­gressent ain­si dans le même sens. Cette har­mo­ni­sa­tion est aus­si un des fon­de­ments de l’in­dus­trial In­ter­net Con­sor­tiums (IIC)

et de l’in­dus­trie 4.0. Notez bien que cette co­opé­ra­tion scel­lée par l’ac­cord de no­vembre 2016 est ou­verte aus­si aux autres en­tre­prises qui par­ta­ge­raient cette vi­sion com­mune d’une com­mu­ni­ca­tion uni­fiée entre les contrô­leurs et vers le cloud.

Me­sures. Pour­quoi avoir choi­si plus par­ti­cu­liè­re­ment ce type de ré­seaux? Ste­fan Schö­neg­ger. TSN pré­sente l’énorme avan­tage d’être por­té par l’in­dus­trie au­to­mo­bile. Les com­po­sants se­mi-conduc­teurs né­ces­saires sont ain­si dis­po­nibles très ra­pi­de­ment et moyen- nant un coût mo­dé­ré. De­puis plu­sieurs an­nées, les quan­ti­tés de don­nées trans­mises à l’in­té­rieur d’un vé­hi­cule aug­mentent de fa­çon ex­po­nen­tielle. Les bus uti­li­sés jus­qu’à pré­sent n’ont plus une bande pas­sante suf­fi­sante. Dans un pre­mier temps, l’in­dus­trie au­to­mo­bile a donc adop­té le stan­dard 802.1 AVB (Au­dio­vi­deo Brid­ging) per­met­tant un strea­ming syn­chro­ni­sé et prio­ri­sé des fi­chiers au­dio et vi­déo. Ce­ci per­met, par exemple, de trans­fé­rer via Ether­net les images des ca­mé­ras de re­cul. Pour étendre ce stan­dard à d’autres in­dus­tries et d’autres ap­pli­ca­tions, le groupe de tra­vai­lavb est de­ve­nutsn. Pa­ral­lè­le­ment, l’in­dus­trie au­to­mo­bile sou­haite que les ap­pli­ca­tions et tâches de contrôle ayant des contraintes de sû­re­té fonc­tion­nelle soient éga­le­ment gé­rées via Ether­net. Pour ce­la, il fau­dra as­su­rer des temps de cycle adap­tés au temps réel ain­si qu’un com­por­te­ment dé­ter­mi­niste pour le ré­seau. Or, ces be­soins sont exac­te­ment les mêmes que ceux con­cer­nant l’au­to­ma­ti­sa­tion des lignes de pro­duc­tion. C’est pour cette rai­son que nous avons dé­ci­dé, avec d’autres fa­bri­cants d’au­to­ma­tismes, de do­ter OPC UA de ca­pa­ci­tés temps réel avec les ré­seaux TSN. Me­sures. Quelles sont les per­for­mances des com­mu­ni­ca­tions OPC UA sur ré­seautsn? Ste­fan Schö­neg­ger.avec OPC UA TSN, nous créons un pont entre le monde de L’IT ba­sé sur IP et les pro­to­coles temps réel dur comme Po­wer­link. OPC UA TSN est la so­lu­tion par­faite pour toutes les ap­pli­ca­tions d’au­to­ma­ti­sa­tion au ni­veau de l’usine, au­tre­ment dit au-des­sus du ni­veau des ma­chines et avec des exi­gences de temps réel moins strictes. En font par­tie la syn­chro­ni­sa­tion de ligne, la com­mu­ni­ca­tion avec les sys­tèmes SCADA, les tâches de contrôle simples, ou en­core le pi­lo­tage de convoyeurs. Toutes ces tâches re­quièrent des temps de cycle de 2 à 10 mil­li­se­condes et une gigue de quelques cen­taines de mi­cro­se­condes. Mais même avec TSN, il se­ra tech­ni­que­ment im­pos­sible d’at­teindre des temps de cycle in­fé­rieurs à 2 mil­li­se­condes. Le temps réel dur, qui concerne prin­ci­pa­le­ment les ser­vo­va­ria­teurs et les connexions cap­teurs ul­tra-ra­pides, res­te­ra le do­maine ré­ser­vé des pro­to­coles Ether­net in­dus­triels comme Po­wer­link. De plus, au-des­sous du ni­veau des lignes, TSN pré­sente un in­con­vé­nient: ce­lui d’être op­ti­mi­sé pour les to­po­lo­gies en étoile que l’on trouve ty­pi­que­ment dans les so­lu­tions IT. L’uti­li­sa­tion de ré­seaux TSN avec des to­po­lo­gies en ligne (dai­sy-chain) comme celles que l’on trouve ha­bi­tuel­le­ment dans les ma­chines se heurte à de nom­breuses li­mi­ta­tions.

Me­sures. Quel a été le rôle de B&R dans l’in­té­gra­tion D’OPC UA dans les so­lu­tions d’au­to­ma­tismes? Ste­fan Schö­neg­ger. B&R est un pré­cur­seur dans ce do­maine. Ce­la fait en ef­fet des an­nées que nous nous ap­puyons sur ce stan­dard. Il faut en fait re­mon­ter aux an­nées 1990 où nous adop­tions dé­jà le pré­dé­ces­seur D’OPC UA, au­jourd’hui ap­pe­lé « OPC Clas­sic ». Ce fut la pre­mière étape im­por­tante pour nous li­bé­rer des pro­to­coles pro­prié­taires comme RS232, Bac­net, Pro­fi­bus ou bien en­core PVI. C’était un bon dé­but, mais quelques la­cunes étaient en­core à com­bler. «OPC Clas­sic» n’a pas de mé­ca­nisme de sé­cu­ri­té in­té­gré et ne four­nit pas de haute dis­po­ni­bi­li­té. De plus, il est

lié à la pla­te­forme Win­dows. Pour ré­soudre ces pro­blèmes, B&R a contri­bué au dé­ve­lop­pe­ment du nou­veau stan­dard OPC UA. Plus glo­ba­le­ment, B&R est très ac­tif dans le dé­ve­lop­pe­ment du stan­dard OPC UA. De­puis de nom­breuses an­nées, notre so­cié­té joue un rôle mo­teur dans le groupe de tra­vail Pl­co­pen de la Fon­da­tion OPC et dé­ve­loppe conti­nuel­le­ment de nou­veaux blocs de fonc­tions Pl­co­pen pour OPC UA. B&R sou­tient éga­le­ment le groupe de tra­vail temps réel de la Fon­da­tion OPC et tra­vaille ac­ti­ve­ment sur la spé­ci­fi­ca­tion OPC UA pour Po­wer­link. Cette spé­ci­fi­ca­tion per­met­tra la com­mu­ni­ca­tion de la couche cap­teur à la couche ERP de ma­nière trans­pa­rente et sans au­cune in­ter­face.

Me­sures. Quelles so­lu­tions B&R sont concer­nées? Ste­fan Schö­neg­ger. N’im­porte quel contrô­leur B&R peut rem­plir la fonc­tion de client ou ser­veur OPC UA, ren­dant ain­si pos­sible la com­mu­ni­ca­tion ver­ti­cale entre un au­to­mate et un SCADA, un MES ou un ERP, ain­si que la com­mu­ni­ca­tion entre au­to­mates dans des en­vi­ron­ne­ments mul­ti-four­nis­seurs. La confi­gu­ra­tion des équi­pe­ments OPC UA et l’at­tri­bu­tion des droits d’ac­cès dans l’en­vi­ron­ne­ment d’in­gé­nie­rie de B&R Au­to­ma­tion Stu­dio se fait en quelques clics seule­ment. Des blocs de fonc­tions Pl­co­pen sont uti­li­sés pour im­plé­men­ter les fonc­tions OPC UA dans le pro­jet d’au­to­ma­ti­sa­tion. À no­ter que tous les pro­duits OPC UA de B&R ont été cer­ti­fiés par la Fon­da­tion OPC. Pour ce­la, chaque pro­duit doit pas­ser 600 tests pour as­su­rer la confor­mi­té avec les spé­ci­fi­ca­tions OPC UA. En rai­son des nom­breux avan­tages qu’offre le stan­dard OPC UA, B&R l’uti­lise pour per­mettre une com­mu­ni­ca­tion ho­ri­zon­tale et ver­ti­cale in­dé­pen­dante de tout four­nis­seur, mais pas seule­ment. Le pro­to­cole est éga­le­ment uti­li­sé pour la com­mu­ni­ca­tion entre pro­duits B&R. La so­lu­tion pour créer des in­ter­faces homme-ma­chine (IHM) mapp View ba­sées sur les stan­dards du web, par exemple, uti­lise OPC UA pour échan­ger toutes les don­nées né­ces­saires avec la ma­chine ou l’ins­tal­la­tion. Ce­la fa­ci­lite le dé­ve­lop­pe­ment D’IHM ex­trê­me­ment flexibles et mo­du­laires. En­fin, B&R uti­lise éga­le­ment OPC UA comme base de com­mu­ni­ca­tion pour Aprol, la pla­te­forme d’au­to­ma­ti­sa­tion de lignes et de pro­cess. Toutes les va­riables que le ser­veur OPC UA d’aprol doit mettre à la dis­po­si­tion des clients OPC UA en lec­ture ou écri­ture peuvent être dé­fi­nies par simple sé­lec­tion. Le client OPC UA in­cor­pore un na­vi­ga­teur in­té­gré qui fa­ci­lite la sé­lec­tion des points de don­nées. Les uni­tés de contrôle et de ges­tion de mo­teurs, les contrô­leurs OPC com­pacts, ain­si que d’autres ap­pa­reils peuvent échan­ger les don­nées d’ex­ploi­ta­tion, de main­te­nance et de diag­nos­tic les plus im­por­tantes avec Aprol via le client OPC UA. De la même ma­nière, les in­ter­faces homme-ma­chine et les sys­tèmes SCADA peuvent être aus­si cou­plés à Aprol.

Me­sures. Une ré­cente étude de HMS In­dus­trial Net­works réa­li­sée à l’échelle mon­diale montre qu’ether­net gri­gnote de plus en plus de ter­rain dans les com­mu­ni­ca­tions in­dus­trielles au point de faire presque jeu égal – en termes de nou­veaux noeuds ins­tal­lés - avec les bus de ter­rain clas­siques. Le stan­dard OPC UA va-t-il am­pli­fier ce mou­ve­ment? Ste­fan Schö­neg­ger. Dans les an­nées à ve­nir, l’ex­ten­sion D’OPC UA à l’au­to­ma­ti­sa­tion des lignes au­ra ef­fec­ti­ve­ment de pro­fondes ré­per­cus­sions sur la struc­ture des ma­chines et des ins­tal­la­tions in­dus­trielles. Au point que les bus de ter­rain clas­siques des ré­seaux d’usine de­vien­dront in­utiles. À l’ave­nir, il suf­fi­ra de com­bi­ner OPC UATSN et, par exemple, Po­wer­link pour cou­vrir tous les be­soins de com­mu­ni­ca­tion de l’ou­til de pro­duc­tion. OPC UA et Po­wer­link sont des pro­to­coles pu­re­ment lo­gi­ciels dont les piles sont libres d’uti­li­sa­tion et por­tables sur n’im­porte quelle pla­te­forme. Com­bi­ner OPC UA et Po­wer­link donne un maxi­mum de li­ber­té pour l’in­gé­nie­rie des ma­chines et des ins­tal­la­tions in­dus­trielles. L’iden­ti­té du fa­bri­cant d’au­to­mates ne joue ici au­cun rôle. De quoi ré­pondre à tous les be­soins de com­mu­ni­ca­tion des usines in­ter­con­nec­tées du fu­tur.

En no­vembre der­nier, ABB, Bosch Rex­roth, B&R, Cis­co, Ge­ne­ral Elec­tric, Ku­ka, Na­tio­nal Ins­tru­ments, Par­ker Han­ni­fin, Sch­nei­der Elec­tric, Sew-eu­ro­drive et Tt­tech se sont as­so­ciés pour pro­mou­voir L’OPC UA sur ré­seau TSN comme so­lu­tion de com­mu­ni­ca­tion uni­fiée entre les contrô­leurs in­dus­triels et vers le cloud.

Grâce aux ré­seaux TSN, L’OPC UA se dote de ca­pa­ci­tés temps réel in­dis­pen­sables pour l’usine du fu­tur.

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