Profinet : Guide de configuration

Introduction à la communication PROFINET.

Vous cherchez un réseau industriel à la fois ultra-réactif et vraiment flexible ? PROFINET a de quoi vous séduire : déjà adopté par 30 % des réseaux Ethernet industriels, il répond en moins d’une microseconde — de quoi piloter vos machines sans perdre une seule impulsion !

L’atout majeur ? La liberté de choix. Normalisé IEC 61158 / 61784, PROFINET s’adapte à votre atelier : en ligne, en étoile ou même en anneau redondant, c’est vous qui décidez de la topologie qui colle le mieux à vos contraintes.

Dans ce guide, je vous accompagne pas à pas pour configurer vos équipements et profiter pleinement de tout ce que PROFINET peut offrir à votre production.

Nous aborderons également les trois types de services de communication supportés : le TCP/IP standard, la communication temps réel et le temps réel isochrone. Ainsi, vous maîtriserez l’utilisation des fichiers GSD nécessaires à l’intégration des appareils dans votre réseau.

Suivez nos explications étape par étape pour configurer votre réseau PROFINET efficacement. Vous verrez aussi comment tirer parti des capacités de diagnostic intégrées qui facilitent considérablement la maintenance et le dépannage de vos installations.

Comprendre les bases du réseau PROFINET

Le réseau PROFINET utilise un modèle fournisseur/consommateur pour l’échange de données, permettant une communication plus efficace que les systèmes maître-esclave traditionnels. Ce protocole basé sur Ethernet industriel offre une flexibilité exceptionnelle pour vos installations d’automatisation.

 

Les composants : IO Controller, IO Device, IO Supervisor

Dans tout réseau PROFINET, vous retrouverez trois types de composants qui interagissent entre eux :

• L’IO Controller est généralement un automate programmable (API) qui exécute votre programme d’automatisation. Il joue le rôle de fournisseur pour les données de sortie et de consommateur pour les données d’entrée. C’est lui qui initie et gère les échanges avec les autres équipements.
• L’IO Device est un équipement terrain connecté à l’IO Controller. Il peut s’agir de capteurs, variateurs, blocs d’entrées/sorties, passerelles ou autres équipements périphériques. Il produit les données d’entrée et consomme les données de sortie du controller.
• L’IO Supervisor est un équipement d’ingénierie comme un PC, un programmateur ou une interface homme-machine (IHM). Il sert à la configuration, la mise en service et le diagnostic du réseau. À la différence des autres composants, il n’est souvent connecté que temporairement pour des opérations spécifiques.

Certains switches peuvent également faire office d’IO Device, ce qui leur permet de transmettre des informations sur la topologie et l’état du réseau à l’IO Controller.

Le rôle du fichier GSD

Le fichier GSD (General Station Description) est essentiel pour configurer vos équipements PROFINET. Avec ce protocole, ces fichiers utilisent le format XML et sont donc nommés GSDML.

Ces fichiers descriptifs contiennent toutes les informations nécessaires pour intégrer un appareil dans votre réseau :

• Informations d’identification (ID vendeur, nom, famille de produits)
• Modules et sous-modules disponibles
• Paramètres de configuration
• Options de diagnostic et alarmes

Sans ce fichier, la mise en place d’une communication PROFINET est impossible. Le processus d’utilisation est simple : vous chargez d’abord les fichiers GSD dans la bibliothèque de votre IO Supervisor, puis vous pouvez configurer l’appareil sans même qu’il soit physiquement présent sur le réseau.

L’avantage majeur est que ces fichiers fonctionnent avec différents outils d’ingénierie, offrant ainsi une standardisation des informations sur les équipements.

Les types de trafic PROFINET

PROFINET prend en charge trois classes de communication, chacune avec un niveau différent de sensibilité temporelle :

1. Communication Non-Temps Réel (NRT) : aussi appelée communication TCP/IP, elle concerne les données acycliques comme les diagnostics ou la maintenance. Elle offre des temps de cycle d’environ 100 ms.
2. Communication Temps Réel (RT) : destinée aux données cycliques de process nécessitant de meilleures performances. Elle permet des temps de cycle d’environ 10 ms et utilise une infrastructure réseau standard[44].
3. Communication Temps Réel Isochrone (IRT) : c’est le type de trafic le plus performant, permettant des temps de cycle d’environ 1 ms. Elle nécessite une synchronisation d’horloge à l’échelle du réseau et une réservation de bande passante matérielle[44].

Pour minimiser la latence, les communications RT et IRT s’effectuent directement sur la couche 2 du modèle OSI, sans passer par la surcharge du protocole TCP/IP.

En maîtrisant ces trois composants fondamentaux de PROFINET, les différents types de trafic et le rôle des fichiers GSD, vous disposez maintenant des bases nécessaires pour configurer efficacement votre réseau d’automatisation industrielle.

Préparer l’environnement avant la configuration du réseau PROFINET

Avant de vous lancer dans la configuration d’un réseau PROFINET, une préparation méthodique de l’environnement physique et logique s’impose. Cette étape détermine la fiabilité future de votre installation industrielle.

 

Choisir la bonne topologie réseau

La flexibilité de PROFINET vous permet d’opter pour plusieurs types d’architectures réseau selon vos besoins spécifiques:

• Topologie en ligne: Les appareils sont connectés en série les uns aux autres. Simple à mettre en place, elle convient aux installations linéaires mais présente un risque de défaillance en cascade.
• Topologie en étoile: Tous les appareils sont connectés à un switch central. Cette configuration offre une excellente fiabilité et facilite l’identification des problèmes. Elle nécessite toutefois plus de câblage.
• Topologie en anneau: Formation d’une boucle fermée entre tous les appareils. Cette structure réduit considérablement les risques d’interruption grâce à sa redondance intégrée. En cas de rupture, la communication continue par l’autre côté de l’anneau.
• Topologie en arbre: Combinaison de plusieurs topologies en étoile. Elle convient parfaitement aux installations complexes et étendues.

Le choix dépend principalement de la disposition physique de votre usine et des exigences de fiabilité. Pour les applications critiques nécessitant un temps d’arrêt minimal, privilégiez la topologie en anneau avec le protocole MRP (Media Redundancy Protocol) qui garantit un temps de basculement inférieur à 200 ms.

Câblage et connectique d’un réseau PROFINET

Le câblage PROFINET exige des composants spécifiques pour résister aux conditions industrielles rigoureuses:

Le câble standard pour PROFINET est de type Ethernet Cat 5e ou supérieur, avec blindage renforcé (SF/UTP ou S/FTP). Trois types de câbles sont définis par la norme:

• Type A: Installation fixe
• Type B: Installation flexible
• Type C: Applications à mouvements constants

Pour la connectique, deux standards dominent:

• Connecteurs RJ45: Économiques et universels, mais sensibles aux vibrations
• Connecteurs M12 (code D): Robustes, étanches (IP65/IP67), idéaux pour les environnements difficiles

Assurez-vous que vos câbles respectent le code couleur PROFINET (vert pour installations fixes, violet pour applications flexibles) et limitez la longueur des segments à 100 mètres maximum entre deux appareils pour éviter l’atténuation du signal.

Affectation des adresses IP et noms d’équipement PROFINET

Contrairement aux réseaux Ethernet classiques, PROFINET utilise un système de nommage des appareils en plus des adresses IP:

1. Attribution des noms: Chaque équipement PROFINET doit recevoir un nom unique avant son intégration. Ce nom devient l’identifiant principal de l’appareil et reste stocké dans sa mémoire non volatile. Utilisez des noms explicites indiquant la fonction et l’emplacement (ex: « Convoyeur_Zone3 »).
2. Configuration IP: Ensuite, attribuez une adresse IP à chaque appareil. Cette adresse doit appartenir au même sous-réseau que l’IO Controller. Adoptez un plan d’adressage logique (ex: 192.168.1.x pour une zone, 192.168.2.x pour une autre).

Pour ces opérations, utilisez soit le logiciel de l’automate (TIA Portal, Step7, etc.), soit des outils dédiés comme PRONETA ou l’outil de mise en service PROFINET. La plupart des équipements modernes supportent également DHCP et DCP (Discovery and Configuration Protocol) pour une configuration automatisée.

N’oubliez pas de documenter soigneusement votre plan d’adressage. Cette documentation vous sera précieuse lors des phases de maintenance ou d’extension de votre réseau.

Configurer un appareil PROFINET étape par étape

La configuration concrète d’un réseau PROFINET demande une approche méthodique. Une fois ton environnement préparé, tu peux maintenant configurer les appareils étape par étape. Cette procédure technique t’assure une mise en service efficace de ton installation industrielle.

 

 

1. Charger les fichiers GSD dans l’IO Supervisor

Commence par importer les fichiers descriptifs GSD de tes équipements dans ton outil d’ingénierie (IO Supervisor). Ces fichiers, au format GSDML pour PROFINET, contiennent toutes les informations nécessaires pour intégrer les appareils dans le réseau.

Pour importer un fichier GSD :

• Ouvre ton logiciel d’ingénierie (TIA Portal, Step 7, etc.)
• Accède à la section d’installation de fichiers GSD
• Sélectionne le fichier fourni par le fabricant
• Valide l’importation

Une fois importé, l’appareil apparaît dans le catalogue matériel de ton outil d’ingénierie et devient disponible pour la configuration.

2. Nommer les IO Devices PROFINET

Chaque appareil PROFINET doit posséder un nom unique sur le réseau. Ce nom sert d’identifiant principal et doit être stocké dans la mémoire non volatile de l’appareil.

Pour nommer un IO Device :

• Sélectionne l’appareil dans l’outil d’ingénierie
• Attribue un nom représentant sa fonction (par exemple : « device-1.machine-1 »)
• Transfère ce nom vers l’appareil physique

Ce nom permettra à l’IO Controller d’identifier et d’établir la communication avec l’appareil lors du démarrage du système. Pour les remplacements d’équipements, certains fabricants proposent des modules mémoire amovibles qui conservent cette configuration.

3. Définir les modules et les données échangées

La configuration des données échangées dépend du type et de la composition de ta station. Pour un IO Device simple, les données sont souvent prédéfinies par le constructeur. En revanche, pour les appareils complexes, tu dois définir manuellement les modules.

Cette étape consiste à :

• Sélectionner les modules d’entrées/sorties nécessaires
• Définir précisément quelles données seront échangées
• Configurer les paramètres spécifiques à chaque module

Par exemple, pour certains appareils, tu peux choisir d’échanger 8 bits d’entrée et 8 bits de sortie, tandis que d’autres permettent des configurations plus élaborées.

4. Paramétrer les temps de cycle et timeouts

Le paramétrage temporel est essentiel pour la performance de ton réseau PROFINET. Tu dois définir :

• La période de production des variables (par exemple 2 ms) qui détermine la fréquence d’actualisation des données
• Le timeout (par exemple 6 ms) qui permet de signaler un défaut de communication

Ces réglages peuvent varier selon les appareils et leurs priorités dans ton système. Ainsi, tu peux configurer des appareils critiques avec un temps de cycle court (1 ms) et d’autres moins prioritaires avec des cycles plus longs (4 ms), optimisant la charge globale du réseau.

5. Transférer la configuration dans l’IO Controller

Pour finaliser la configuration, transfère l’ensemble du projet vers l’IO Controller. Cette étape se déroule comme suit :

1. Vérifie une dernière fois ta configuration dans l’IO Supervisor
2. Lance le transfert du projet vers l’IO Controller
3. L’IO Controller vérifie alors la présence et l’identité des IO Devices connectés
4. Il envoie ensuite les paramètres à chaque IO Device
5. Les stations passent finalement en mode échange de données

Après le transfert, l’IO Controller générera automatiquement une alarme si la topologie est modifiée, même si PROFINET reste opérationnel. Cette fonctionnalité facilite la surveillance et la maintenance de ton réseau industriel.

Assurer la stabilité et la maintenance du réseau PROFINET

La maintenance préventive d’un réseau PROFINET est tout aussi importante que sa configuration initiale. Des fonctionnalités spécifiques garantissent une stabilité optimale et facilitent les interventions techniques quand des problèmes surviennent.

Utiliser LLDP pour la reconnaissance de topologie PROFINET

Le protocole LLDP (Link Layer Discovery Protocol) standardisé selon IEEE 802.1AB joue un rôle essentiel dans PROFINET. Il permet aux équipements de découvrir leur voisinage immédiat.

Concrètement, voici comment ça fonctionne:

• Chaque appareil connaît précisément ses connexions voisines
• Par exemple, un « IO Device 2 » sait qu’il est relié au port 4 d’un switch par son port 1
• L’IO Controller peut ainsi reconstruire toute la topologie du réseau

Cette fonctionnalité permet de détecter immédiatement toute modification de la structure physique. Ainsi, l’IO Controller peut signaler un changement par rapport à la topologie de référence, tandis qu’un IO Supervisor affiche la topologie sous forme graphique.

Remplacement automatique d’un IO Device PROFINET

Le remplacement d’appareils sans outil d’ingénierie constitue l’un des grands avantages de PROFINET. Deux méthodes principales existent:

1. Avec support mémoire amovible: Les MMC ou autres supports conservent la configuration. Il suffit de transférer le support sur l’équipement neuf pour le remplacer sans reconfiguration.
2. Configuration automatique basée sur la topologie: Plus avancée, cette méthode utilise LLDP pour identifier la position exacte du nouvel appareil dans le réseau. Quand vous remplacez un équipement défectueux, le contrôleur PROFINET attribue automatiquement le nom de l’ancien appareil au nouveau à condition que:
   • La configuration de topologie soit correcte
   • Tous les appareils prennent en charge LLDP
   • L’appareil soit reconnecté à la même position

Cette fonction réduit considérablement les temps d’arrêt et ne nécessite ni qualification spéciale ni outil informatique.

Accès aux diagnostics via IO Supervisor ou navigateur

PROFINET offre trois voies principales pour accéder aux diagnostics:

1. Via l’IO Controller, premier destinataire des alarmes, qui peut déclencher des actions de repli
2. Par l’IO Supervisor qui permet de consulter l’état général du réseau et d’analyser précisément un appareil spécifique
3. Grâce au navigateur internet standard qui se connecte au serveur web intégré dans de nombreux équipements PROFINET

Le concept de diagnostic PROFINET organise hiérarchiquement les défauts selon leur nature: station, emplacement (slot) ou sous-emplacement (subslot). Par exemple, si la station « IO1 » signale un défaut provenant du slot 3 et du subslot 2, vous accédez facilement au problème exact.

Des outils spécialisés comme TH LINK PROFINET permettent également une surveillance complète de réseaux comprenant jusqu’à 254 nœuds, indépendamment du contrôleur.

Normes, profils et certification à connaître pour un réseau PROFINET

Pour structurer correctement votre réseau PROFINET, vous devez comprendre les normes et profils qui encadrent cette technologie. Ces standards garantissent l’interopérabilité des équipements et définissent les fonctionnalités disponibles.

Les classes de conformité CC-A à CC-D

PROFINET définit quatre classes de conformité qui déterminent les capacités de vos équipements:

La Classe de Conformité A (CC-A) représente le niveau fondamental. Elle prend en charge la communication temps réel (RT) et les services TCP/IP standard. Particulièrement adaptée pour l’automatisation des bâtiments, elle autorise également la communication sans fil.

La Classe de Conformité B (CC-B) ajoute le support SNMP (Simple Network Management Protocol) aux fonctionnalités de base. Cet ajout permet de lire les statistiques réseau avec des outils SNMP standards et d’accéder aux informations de topologie.

Pour les applications exigeantes, la Classe de Conformité C (CC-C) intègre la communication Temps Réel Isochrone (IRT). Elle offre une synchronisation précise avec un jitter inférieur à 1 microseconde. Cette classe nécessite un support matériel spécifique comme des ASICs.

La Classe de Conformité D (CC-D) représente l’évolution récente. Elle fournit les mêmes services que CC-C mais utilise les mécanismes TSN (Time-Sensitive Networking) définis par IEEE. Cette classe permet des vitesses de 10 Mbit à 10 Gbit et prend en charge la communication sans fil 5G.

PROFIsafe et PROFIenergy

En parallèle, PROFINET propose des profils applicatifs qui enrichissent ses fonctionnalités:

PROFIsafe étend le protocole standard pour répondre aux exigences de sécurité fonctionnelle. Cette couche logicielle additionnelle assure l’intégrité des signaux de sécurité entre les appareils et le contrôleur. Elle respecte les normes de sécurité industrielles jusqu’au niveau SIL3 (IEC 61508/62061) ou Catégorie 4 (EN 954-1).

PROFIenergy vous permet d’optimiser la consommation énergétique de votre installation sans matériel supplémentaire. Ce profil offre une méthode standardisée pour mesurer et contrôler l’énergie en activant ou désactivant sélectivement certaines fonctions.

D’autres profils comme PROFIdrive assurent l’interopérabilité des variateurs de différents fabricants. Ces profils sont développés par des groupes de travail PI pour garantir leur indépendance vis-à-vis des fournisseurs.

Certification obligatoire des équipements

Tout appareil PROFINET doit être certifié par PROFIBUS & PROFINET International (PI). Cette certification obligatoire garantit la qualité, la conformité et l’interopérabilité des équipements.

Pour obtenir cette certification, le fabricant doit soumettre son équipement à des tests dans un laboratoire accrédité (PITL). Sans cette validation, un appareil ne peut pas être officiellement commercialisé comme produit PROFINET.

Après la réussite des tests, PI délivre un certificat autorisant l’utilisation de la marque PROFINET sur l’équipement et sa documentation. Ce processus rigoureux assure que tous les appareils du marché respectent les standards définis.

Conclusion

PROFINET est une solution robuste pour vos réseaux industriels. Ce protocole vous offre non seulement des performances appréciable, mais également une flexibilité remarquable grâce à ses multiples topologies. Ainsi, vous pouvez adapter votre infrastructure selon vos besoins spécifiques.

La configuration, bien que technique, suit une logique claire. D’abord, vous préparez votre environnement avec le câblage approprié. Ensuite, vous importez les fichiers GSD, nommez vos équipements et définissez les modules. Finalement, vous transférez la configuration vers l’IO Controller. Cette approche méthodique garantit une mise en service efficace.

Autre avantage considérable, PROFINET facilite la maintenance grâce au protocole LLDP et au remplacement automatique des appareils. Par conséquent, vous réduisez significativement les temps d’arrêt lors des interventions techniques.

Les différentes classes de conformité (CC-A à CC-D) vous permettent de choisir le niveau de performance adapté à vos applications. De plus, les profils comme PROFIsafe et PROFIenergy ajoutent des fonctionnalités essentielles pour la sécurité et l’efficacité énergétique.

Au terme de ce guide, vous disposez désormais des connaissances nécessaires pour configurer, maintenir et optimiser votre réseau PROFINET. Cette maîtrise technique vous assure une installation industrielle fiable et performante pour les années à venir.