L’importance d’utiliser des données en temps réel pour contrôler les applications industrielles modernes

Pourquoi les données en temps réel sont devenues essentielles dans les ateliers modernes

L’automatisation industrielle ne se limite plus à des contrôleurs isolés pilotant des machines individuelles. Les installations modernes s’appuient désormais sur des systèmes interconnectés qui échangent en continu des données opérationnelles entre des automates programmables industriels (API), des appareils en périphérie, des contrôleurs distribués, des capteurs et des plateformes d’entreprise.

À mesure que les environnements industriels adoptent l’informatique en périphérie et les architectures de l’Internet industriel des objets (IIoT), la capacité à traiter les données en temps réel avec une synchronisation déterministe est devenue une exigence fondamentale plutôt qu’un avantage concurrentiel.

Figure 1. Les systèmes d’exploitation industriels modernes doivent gérer une exécution déterministe et des communications synchronisées entre les équipements d’automatisation connectés.

Contrairement aux systèmes informatiques d’entreprise traditionnels, qui privilégient l’efficacité du processeur et le multitâche, les systèmes de contrôle industriel doivent garantir l’exécution des opérations critiques dans des fenêtres temporelles précises. Même une variation de latence de quelques millisecondes peut affecter la coordination des machines, la stabilité du processus ou la sécurité du personnel.

Les réseaux industriels transportent deux types de trafic très différents

L’un des principaux défis architecturaux de l’automatisation industrielle réside dans la convergence des technologies opérationnelles (OT) et des technologies de l’information (IT). Les deux environnements partagent leur infrastructure, mais leurs priorités de communication diffèrent considérablement.

Le trafic OT exige une synchronisation déterministe

Les réseaux de technologies opérationnelles gèrent des fonctions de contrôle critiques en matière de temps. Les systèmes de mouvement, les bras robotisés, les commandes de turbines et la synchronisation des entrées/sorties à grande vitesse dépendent tous d’une latence prévisible et d’une gigue extrêmement faible.

Par exemple, lorsqu’un manipulateur robotisé reçoit une commande de prise depuis un système de suivi de convoyeur, le délai de communication doit rester constant. Toute variation temporelle imprévisible peut interrompre la séquence de production ou endommager l’équipement.

Les installations qui déploient des systèmes avancés de protection des machines associent souvent des communications déterministes à des plateformes de surveillance de l’état, telles que les systèmes de protection des machines Bently Nevada 3500, afin d’améliorer la fiabilité des équipements et la visibilité opérationnelle.

Figure 2. L’infrastructure de communication industrielle doit prendre en charge à la fois le trafic de contrôle déterministe et les données d’entreprise à haut débit.

Le trafic IT privilégie le débit et l’évolutivité

Les systèmes de technologies de l’information se concentrent sur le transfert de grandes quantités de données opérationnelles dans les environnements d’entreprise. Les flux vidéo, les analyses cloud, les bases de données de maintenance et les systèmes de génération de rapports privilégient la bande passante et l’évolutivité plutôt qu’une synchronisation déterministe.

Historiquement, les systèmes OT et IT fonctionnaient indépendamment, car leurs exigences de communication étaient incompatibles. Toutefois, les installations industrielles modernes doivent de plus en plus faire coexister les deux types de trafic sur une infrastructure réseau unifiée.

Les réseaux sensibles au facteur temps redéfinissent l’Ethernet industriel

Les réseaux sensibles au facteur temps (TSN) s’imposent comme l’une des technologies les plus importantes pour favoriser la convergence des environnements OT et IT. Le TSN améliore l’Ethernet standard en introduisant un comportement de communication déterministe pour le trafic industriel.

Avec le TSN, les paquets de contrôle critiques bénéficient de fenêtres de transmission garanties, tandis que le trafic non critique continue de partager le même réseau physique. Cette architecture réduit la complexité matérielle et diminue les coûts de déploiement par rapport au maintien de réseaux de contrôle isolés.

Les fabricants industriels qui déploient des architectures distribuées évolutives intègrent fréquemment des contrôleurs compatibles TSN aux côtés des plateformes Siemens SIMATIC S7 et d’infrastructures d’automatisation connectées en périphérie.

La latence et la gigue comptent davantage que la vitesse brute

De nombreux ingénieurs associent à tort les performances des réseaux industriels au seul débit. En réalité, la synchronisation déterministe est souvent plus importante que la bande passante absolue.

La latence définit la rapidité avec laquelle les données atteignent leur destination. La gigue mesure les variations temporelles entre les transmissions. Dans le contrôle de mouvement, la protection des turbines et les processus de fabrication synchronisés, la maîtrise de la gigue est essentielle à la stabilité opérationnelle.

Un réseau capable de transmettre de grandes quantités de données devient peu fiable pour le contrôle industriel si la synchronisation des communications varie de manière imprévisible.

Les centrales électriques montrent pourquoi les architectures en temps réel sont importantes

Les grandes installations de production d’électricité illustrent parfaitement pourquoi les communications en temps réel sont devenues indispensables à l’automatisation industrielle.

Dans une centrale électrique moderne, des centaines de capteurs distribués transmettent en continu des données opérationnelles, notamment des relevés de pression, des valeurs de vibration, des concentrations de gaz et des mesures de température.

Figure 3. La surveillance industrielle en temps réel repose sur l’acquisition synchronisée des données des capteurs et sur une infrastructure de communication déterministe.

Une grande partie de ces données ne reste utile que pendant une très courte période. Si elles sont retardées au-delà de leur fenêtre opérationnelle, ces informations peuvent ne plus permettre de prendre des décisions sûres ou efficaces pour le contrôle du processus.

Les passerelles en périphérie, les systèmes d’entrées/sorties distribuées et les API nécessitent donc des capacités de communication déterministes pour traiter les données des capteurs en temps réel. Ces systèmes associent souvent un Ethernet industriel filaire à des réseaux de communication industriels sans fil fonctionnant selon des contraintes temporelles strictes.

Les logiciels deviennent aussi importants que le matériel

Les ingénieurs en automatisation industrielle se concentraient traditionnellement sur le choix du matériel des contrôleurs. Aujourd’hui, la pile logicielle est tout aussi déterminante.

Les processeurs industriels modernes regroupent de plus en plus les charges de travail en temps réel et hors temps réel sur une même plateforme. Cela réduit le coût de l’infrastructure et simplifie la maintenance, mais exige également des environnements d’exploitation hautement optimisés.

Les systèmes d’exploitation en temps réel et les distributions Linux industrielles prennent désormais en charge les communications déterministes, la planification synchronisée et le traitement sécurisé en périphérie au sein d’une même plateforme matérielle.

Figure 4. Les logiciels en périphérie en temps réel associent communications déterministes, sécurité et gestion évolutive des applications industrielles.

Le prochain goulot d’étranglement industriel sera la synchronisation des données

Pendant de nombreuses années, la numérisation industrielle s’est principalement concentrée sur l’augmentation de la connectivité. Le prochain défi consiste à garantir la précision temporelle de cette connectivité.

Les usines ajoutent davantage de capteurs, de systèmes de vision industrielle, de robots autonomes, de plateformes de maintenance prédictive et d’outils d’analyse pilotés par l’IA. Ces technologies accroissent continuellement le volume du trafic réseau et la complexité de la synchronisation.

Les installations incapables de maintenir des performances de communication déterministes rencontreront des problèmes de fiabilité croissants à mesure que les charges opérationnelles augmenteront.

Point de vue de l’auteur

De nombreux exploitants industriels sous-estiment encore l’importance que prendra la mise en réseau déterministe au cours de la prochaine décennie. Ajouter simplement des appareils connectés sans repenser l’infrastructure de communication crée des environnements d’automatisation instables et difficiles à dépanner.

Les installations industrielles qui atteindront une résilience opérationnelle durable seront celles qui investiront rapidement dans les architectures TSN, l’informatique en périphérie en temps réel et les stratégies intégrées de communication OT/IT. Les données en temps réel ne sont plus seulement un outil d’optimisation : elles deviennent le fondement d’une production industrielle sûre et évolutive.

Rédigé par Daniel Mercer, journaliste principal spécialisé dans les systèmes industriels, fort de 14 années d’expérience dans la couverture des réseaux industriels, des systèmes de contrôle des turbines et des plateformes d’automatisation en temps réel. Son parcours comprend des projets d’intégration sur site impliquant des infrastructures Siemens, Emerson, Honeywell et Bently Nevada dans des installations de production d’électricité et de fabrication de procédés.