La nouvelle norme 10BASE-T1L

La communication de données entre divers appareils est essentielle dans de nombreux aspects de la vie quotidienne. La prolifération des appareils et l'augmentation spectaculaire des volumes de données induites par la numérisation et l'Industrie 4.0 forcent des changements dans le paysage de la communication. Dans cet article, obtenez un aperçu approfondi de la norme 10BASE-T1L pour l'ethernet industriel à 2 fils, y compris la connectivité, le matériel, l'énergie, et plus encore.

Introduction

La communication de données joue un rôle de plus en plus important non seulement dans le secteur industriel, mais aussi dans l'automatisation des processus. Les applications précédentes de 4 mA à 20 mA ou Fieldbus atteignent leurs limites en raison des volumes de données croissants, et l'Ethernet se cristallise ainsi comme la norme de communication. La solution standard Ethernet à 4 fils a évolué vers une solution à 2 fils connue sous le nom de 10BASE-T1L, composée d'une paire de câbles torsadés ou d'un Ethernet à paire unique (SPE). Au-delà de la couche physique, le 10BASE-T1L est compatible avec les technologies Ethernet Industriel existantes à 100 Mbps ou 1000 Mbps et est donc un complément.
 
Le 10BASE-T1L devient standardisé, en particulier dans l'automatisation des processus, et a le potentiel d'apporter des changements radicaux dans ce domaine. Précisément ici, jusqu'à présent, les capteurs et actionneurs ont généralement été connectés via une interface analogique de 4 mA à 20 mA ou un Fieldbus. Dans l'automatisation des processus, contrairement à l'ingénierie mécanique ou à l'automatisation des installations, ces capteurs et actionneurs sont généralement éloignés du système de contrôle ou des systèmes d'entrées/sorties déportées. Des distances de 200 m à 1000 m et plus sont courantes.

Que signifie 10BASE-T1L ?

Le nom 10BASE-T1L explique à peu près sa signification. Les abréviations de l'Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) sont utilisées ici.
 
Le “10” dans le type de support fait référence à un débit de transmission de 10 Mbps. “BASE” se réfère aux signaux en bande de base, ce qui signifie que seuls des signaux Ethernet peuvent être transportés sur le support. “T” signifie “paire torsadée”. Le chiffre “1” représente une portée de 1 km. Dans ce cas, il est suivi par un “L” pour “longue portée”, signifiant que des longueurs de segments de 1 km et plus sont possibles.

Avec quels dispositifs et machines le 10BASE-T1L peut-il être utilisé et dans quelle mesure l'infrastructure existante peut-elle être utilisée avec lui ?

Le 10BASE-T1L est conçu pour remplacer le signal standardisé de 4 mA à 20 mA dans de nombreuses applications d'automatisation des processus, voire la plupart. Cependant, cela ne signifie pas que les anciens instruments de terrain connectés via des boucles de courant de 4 mA à 20 mA devront être remplacés par des instruments de terrain compatibles avec le 10BASE-T1L. Ces appareils conventionnels peuvent être connectés via des modules d'E/S configurables par logiciel (SWIO), tandis que les E/S distantes servent de point de collecte pour la connexion au PLC avec une liaison montante Ethernet de 10 Mbps.
 
Les modules d'E/S configurables par logiciel ont des canaux de module reconfigurables, ce qui leur permet de fonctionner rapidement, facilement et à distance sans nécessiter un recâblage important. Les canaux peuvent être configurés soit comme entrée ou sortie, à la fois pour les courants et les tensions, ou en numérique et analogique.
 
Dans certains cas, il est requis que l'alimentation pour les appareils et leurs données soient fournies via le 10BASE-T1L, ce qui est défini comme une partie de la norme. Le 10BASE-T1L prend en charge deux modes d'amplitude : 2,4 V pour des longueurs de câble allant jusqu'à 1000 m et 1 V pour des distances plus courtes jusqu'à 200 m. Grâce au mode d'amplitude de 1,0 V crête à crête, cette technologie peut également être utilisée dans des environnements protégés contre les explosions (zones dangereuses) et répond aux exigences strictes en matière de consommation d'énergie maximale qui y sont applicables.

Quels sont les avantages du 10BASE-T1L ?

Les dispositifs conventionnels de 4 mA à 20 mA avec HART® et bus de terrain ont une bande passante de données limitée à seulement quelques kbps. Avec le 10BASE-T1L, des vitesses de 10 Mbps peuvent être atteintes. Cela permet de transmettre non seulement une valeur de processus, mais aussi des paramètres supplémentaires de l'appareil tels que les informations de configuration et de paramétrage. À l'avenir, les mises à jour logicielles possibles pour les capteurs de plus en plus complexes, ainsi que les diagnostics de pannes et de réseau tels que les courts-circuits sur la ligne vers le capteur, seront effectués relativement rapidement via la ligne de données. La configuration est également simplifiée car les passerelles et convertisseurs ne sont plus nécessaires avec le 10BASE-T1L. En éliminant les passerelles, les coûts et la complexité de ces anciennes installations sont considérablement réduits, et les îlots de données créés par celles-ci sont supprimés.
 
De plus, des puissances plus élevées peuvent être transmises via la ligne de données. Par exemple, 500 mW dans les zones à sécurité intrinsèque (zones dangereuses) et même jusqu'à 60 W dans les zones non à sécurité intrinsèque peuvent être transmises.
 
Les normes Ethernet telles que PROFINET, EtherNet/IP, HART-IP, OPC UA, ou ModbusTCP, et les protocoles IoT tels que MQTT, peuvent permettre une connexion facile et puissante des appareils de terrain à un cloud.

Le 10BASE-T1L fonctionne-t-il également avec les modules de commutation ?

Comme avec l'Ethernet standard, avec le 10BASE-T1L, il existe des ponts qui permettent le couplage de divers segments de réseau et appareils. Différentes topologies de réseau peuvent être réalisées et utilisées pour alimenter les appareils connectés. Dans l'automatisation des processus, les commutateurs sont souvent connectés aux contrôleurs, IHM, et au cloud. Les commutateurs permettent la redondance des médias sous forme de topologies en anneau pour une disponibilité accrue.
 
Dans l'automatisation des processus, les connexions aux appareils, capteurs et actionneurs sont également appelées antennes, tandis que les connexions entre les commutateurs et jusqu'au système de contrôle relèvent du nom de tronc.

Puis-je également alimenter les appareils via les « deux fils » ?

La norme 10BASE-T1L offre non seulement la communication des données provenant de capteurs et d'actionneurs, mais permet également de les alimenter en énergie via les lignes de signal. Concrètement, 10BASE-T1L peut fournir jusqu'à 60 W de puissance dans les zones non sécurisées. Dans les zones protégées contre les explosions (sécurisées intrinsèquement), la puissance est limitée à 500 mW ; dans ce cas, l'amplitude du signal est également réduite par rapport à celle des applications standard de 2,4 V à 1 V pour se conformer aux exigences strictes en matière d'énergie maximale applicables là-bas. Cependant, par conséquent, seules des distances de transmission réduites sont possibles dans les zones sécurisées intrinsèquement.

Conclusion

10BASE-T1L offre une norme de communication relativement robuste pour l'automatisation des processus, avec de nombreux avantages par rapport aux applications conventionnelles de 4 mA à 20 mA, y compris la possibilité de réutiliser l'infrastructure existante.