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Le sans-fil étend son influence dans les automatismes de sécuritéHDans le sillage d’un travail normatif international qui prend de la maturité, les technologies sans fil se développent dans les automatismes de sécurité. WirelessHart a tiré la première. Récemment ISA-100 et WIA-PA, la norme chinoise, ont également avancé leurs pions. Il en ressort non pas des normes de sécurité propres, mais des préconisations qui font avancer le wireless en sécurité. Un pas après l’autre, le sans-fil passe en priorité par les composants : interrupteurs de sécurité, modules d’entrées/sorties, pupitres de commande.

La communication sans fil, ou en-core en anglais wireless, a déjà pris pied dans les automatismes indus-triels depuis près d’une dizaine

d’années. Il faut dire que l’arrivée de stan-dards comme Wi-Fi et Bluetooth a multiplié les opportunités : des développements de produits assez rapides chez les constructeurs ainsi que, pour les industriels utilisateurs, des solutions à prix relativement abordables et des frais d’installation réduits puisqu’on s’af-franchit du câblage. Du coup, de nombreux constructeurs – mais pas tous – se sont en-gouffrés dans la brèche du wireless. Et les industriels utilisateurs de se laisser quelque peu fléchir… lorsqu’ils ne peuvent pas faire autrement ! Notamment lorsqu’il faut cou-vrir de très longues distances ou lorsqu’il est difficile de faire passer des câbles. Ou encore

dans le cas où les équi-pements d’automa-tisme doivent être dé-montés et remontés régulièrement…Cependant, directeurs d’usine, automaticiens et responsables sécu-rité restent très pru-dents à l’égard du sans-fil. En particulier, s’il est envisagé de l’in-tégrer à des automa-tismes de sécurité. En cause : la pollution électromagnétique, un manque de détermi-nisme, la complexité des réseaux Ethernet,

détecteurs inductifs pour pièces métalliques totalement wireless. Mais en matière de sécurité, nous n’avons, pour l’instant, aucune offre sans fil », reconnaît Patrick Domange, chef de marché “sécurité machines” chez ABB France. Pour d’autres, 2012 est placée sous le signe du démarrage du sans-fil dans la sécurité : « Notre puce de communication supportant les transmetteurs sans fil à la marque Anybus, fondue chez TSMC, s’in-tègre déjà à des passerelles de Mitsubishi, Rockwell, Schneider ou Siemens, entre autres… », lance Marc Richard, responsable “marketing et ventes” chez HMS. Sachant que tous les grands acteurs cherchent à ac-croître leurs parts de marché, notamment

P De plus en plus de constructeurs proposent des solutions sans fil pour les automatismes.

P Mais tous ne sautent pas encore le pas vers la sécurité.

P ISA 100 devrait accroître la disponibilité du réseau grâce aux technologies au saut de canaux de fréquences plus rapides (10 ms).

P La diffusion du sans-fil devrait passer en priorité par les composants : boutons d’arrêt d’urgence, modules d’entrées/sorties et pupitres.

L’essentiel

de la perte de données de commandes cri-tiques, un manque de disponibilité. « Dans tous les cas, il faut faire une analyse de site afin de s’assurer de la continuité de la couverture et de se préoccuper de la sécurisation du réseau », conseille Serge Catherineau, directeur marketing pour l’offre PlantStruXure chez Schneider Electric. Il n’empêche, le mur des appréhensions com-mence à se fissurer.Sans annoncer le “grand soir’’ du wireless en sécurité, les signes en sa faveur se multiplient néanmoins. A commencer par le secteur de l’automatisme à proprement parler. Témoin ABB : « Nous avons une offre wireless pour auto-matismes industriels. Nous fabriquons également des

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Le pupitre sans fil Simatic Mobile Panel 277 IWLAN Version 2 de Siemens embarque un confortable écran TFT couleur de 8 pouces doté de 64 000 couleurs ainsi qu’un bouton d’arrêt d’urgence. Il communique sans fil sur réseau Profinet et se dote de fonctionnalités de sécurité grâce à la technologie Rapid Roaming de Siemens.

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Le sans-fil étend son influence dans les automatismes de sécuritéceux dont les automates sont en architec-ture intégrée, davantage de transmetteurs sans fils devraient ainsi s’étendre dès cette année à la sécurité. De quoi, à l’exemple de Siemens, déjà sur le marché depuis 7 ans, consolider leurs positions.

Normes et standards : les grandes manœuvresCette évolution s’appuie sur une intensifica-tion des travaux normatifs. En avril 2010, la norme WirelessHart a été approuvée par l’IEC (International Electrotechnical Commission) s’arrogeant ainsi le statut de premier stan-dard international du wireless industriel sous la référence IEC 62591. Lancée sur le mar-ché en septembre 2007, WirelessHart a fait d’emblée l’objet d’une coopération entre la Fieldbus Foundation, la Profibus Nutzerorganisation et le HCF (Hart Commu-nications Foundation) qui regroupe 210 membres dont les 37 sociétés initia-trices du standard – parmi lesquelles ABB, Emerson, Endress-Hauser, Pepperl+Fuchs, Siemens… Le protocole de communication

de WirelessHart recourt à une architecture de réseau maillé (Mesh Network) qui se base sur le standard IEEE 802.15.4, à savoir un système par étalement de spectre fonction-nant dans la bande libérée des 2,4 GHz à 2,483 GHz. Un an plus tard, en sep-tembre 2008, c’est Emerson qui lance les pre-miers produits WirelessHart.Autres grandes manœuvres en matière de normalisation : deux événements importants viennent d’avoir lieu. Tout d’abord, la norme chinoise WIA-PA (Wireless networks for Industrial Automation-Process Automation), dont les spécifications ont été prises en compte également par l’IEC (IEC/PAS 62601) en 2008, est entrée en vigueur le 1er décembre dernier en République populaire de Chine, selon le SIA (Shenyang Institute of Automation) qui en dirige la R&D. Autrement dit, WIA-PA est devenue officiellement le standard natio-nal chinois. Ensuite, le 19 décembre 2011, la version ISA-100.11a de la norme ISA-100 promue par l’ISA (International Society of Automation) a été officiellement approuvée par l’ANSI (American National Standards

Institute) sous la réfé-rence ANSI - ISA-100.11a-2011. « Le dossier, enregistré sous la référence 62734, est égale-ment en cours d’instruction à l’IEC (International Electrotechnical Com-mission) », précise Jean-Pierre Hauet, pré-sident de la section française de l’ISA.

Sauts de canal de fréquenceA l’instar de ZigBee, WirelessHart et WIA- PA, ISA-100 reprend le système par étalement de spectre de l’IEEE 802.15.4. « Mais ISA-

100 complète ce système par l’introduction d’un saut de fréquences. C’est-à-dire que la transmission ne reste jamais plus de 10 millisecondes (para-métrables) dans le même canal de fréquence. Au bout de 10 millisecondes, on saute de canal de fréquence. On peut donc rejouer la communica-tion si elle a échoué du fait d’un défaut de trans-mission », reprend Jean-Pierre Hauet. « Ce dispositif assure une très grande robustesse vis-à-vis des perturbations que l’on peut rencontrer dans les ateliers industriels : Wi-Fi, Bluetooth, mo-teurs, variateurs de vitesses, fours à micro-ondes, télé-phone s c e l lu la i re s, RFID… » Chez Siemens, ce saut de canaux de fréquence est appa-renté, comme en télé-phonie cellulaire, à un service d’itinérance local (Roaming). « Le Rapid Roaming nous garantit un changement d’accès sans perte de données et surtout sans mise en sécurité de l’installation, du fait de la garantie de commutation d’un point d’accès à un autre en moins de 35 ms, précise

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Phoenix Contact propose des adaptateurs afin de transmettre sans fil via Bluetooth des protocoles industriels Ethernet (tels que Modbus-TCP, Ethernet/IP, TCP/IP, Profinet ou encore Profisafe) au réseau de commande d’une installation automatisée.

Grâce à la solution InduraNet, la plate-forme PSSuniversal de Pilz récupère des données que lui fournissent par voie radio des modules d’entrées/sorties déportées. Les applications de sécurité restent toutefois prises en charge par les réseaux câblés SafetyNet et SafetyBus.

Développé avec Prosoft Technology, ce module

de communication Ethernet/IP sans fil offre des échanges de données

au standard Wi-Fi 802.11b.

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Yves Etcheberry, chef des produits Simatic HMI chez Siemens France. Le Rapid Roaming nous permet ainsi d’augmenter l’étendue d’action d’un même pupitre mobile tout en gardant l’opéra-teur et l’installation en sécurité. » Traduction : ce mécanisme de commutation entre canaux de fréquences garantit ainsi la compatibilité de technologies innovantes sans fil avec les exi-gences des systèmes de sécurité.Malgré ces grandes manœuvres, la sécurité sans fil avance à pas très mesurés chez des constructeurs comme, entre autres, GE Intel-ligent Platform, HMS, Honeywell, Phoenix Contact, Rockwell Automation, Schmersal, Schneider Electric, Siemens, Steute, Yokogawa… Et encore… la pé-nétration du marché s’opère tout d’abord au niveau des composants. Citons ainsi la gamme RF 10H des interrupteurs radio compacts de Steute, prévus pour être montés dans un environnement étroit ou sur ma-chines mobiles et pour transmettre une in-formation TOR (tout ou rien) sur des pièces en mouvement et sans câblage électrique.

Equipés d’une sim- ple pile CR-2032, ces interrupteurs transmettent leurs données en wi-reless jusqu’à plu-sieurs dizaines de mètres. Sur ce cré-neau, Amérifor Electronique se po-sitionne avec sys-tèmes d’arrêt d’ur gence sans fil pour

l’industrie, les véhicules moteurs et les ma-nèges de parcs d’attraction. Ceux-ci sont soit portés à la ceinture soit présentés sous forme de télécommande. Signalons d’autres sys-tèmes, entre autres, chez Tyro Musca (boutons Indus et émetteurs Gemini) et Jay Electronic. Ce dernier associe la télécommande d’arrêt d’urgence sans fil radiosafe à un bloc logique de sécurité SIL 3 pour intervenir en mode maintenance sur des machines.Viennent ensuite les modules d’entrées/sor-ties qui couplent une transmission filaire (Ethernet ou bus de terrain) à une transmis-sion sans fil. « Nous avons commencé par décen-traliser en wireless les modules d’entrées/sorties de notre gamme Safety I/O (qui sont de couleur rouge). L’intérêt, c’est d’éviter de tirer des câbles. Lesquels, à terme, posent des problèmes de connec-tique », précise Jean-Claude Mammes, ingé-nieur en systèmes de sécurité chez Rockwell Automation. « Nous avons alors installé nos têtes Ethernet wireless dotées d’antennes qui ont été développées avec Prosoft Technologies. En re-vanche, nous ne faisons rien d’autre en wireless. » Sauf dans les projets dédiés. En effet, le constructeur a mis en œuvre le wireless chez un fabricant d’anodes industrielles qui uti-lise un système circulaire de cinq ponts rou-lants reliés à un four de cuisson. Auparavant, il n’y avait qu’un automate programmable centralisé. D’une étape de cuisson à l’autre, l’opérateur devait débrancher le câble d’ali-mentation de puissance et celui de la com-mande pour faire avancer chaque pont. Pas très pratique. « Nous avons amené sur chaque pont roulant un automate qui converse en wireless

avec l’automate centralisé », poursuit Jean-Claude Mammes.De son côté, Siemens, peut-être le fabricant qui propose l’offre la plus avancée et la plus complète, commercialise également des mo-dules d’entrées/sorties, ceux de gamme ET 200 Pro IWLAN, qui reçoivent et émet-tent des données en sans-fil et en filaire. Cependant, le groupe allemand mise tout particulièrement sur le protocole WirelessHart. « Au départ, le protocole Hart n’était qu’une surmodulation sur un courant élec-trique qui servait à communiquer avec des capteurs. Et c’est sur cette base que l’on a rajouté un réseau sans fil fonctionnant par maillage (Mesh Networking). C’est devenu le WirelessHart qui utilise la bande des 2,4 GHz sur les mêmes canaux que le Wi-Fi. D’une certaine manière, WirelessHart est en concurrence avec le ZigBee », commente Yves Etcheberry. Même choix pour Phoenix Contact dont les passerelles I/O industrielles Ethernet-WirlessHART collectent en sans-fil les données de 250 appareils (capteurs et adaptateurs) vers un seul point… mais pas forcément pour la sécurité. « Nos modules Safety Bridge sont indépendants du réseau. Donc on peut choisir des émetteurs wireless du marché à la place d’outils dédiés sécurité », fait valoir Thierry Lecœur, responsable produits de la gamme “Automation” chez Phoenix Contact SAS. « Au lieu d’imposer une solution intégrant chaque pro-tocole de sécurité embarqué dans l’automate [Profisafe pour Profinet, SafetyNet p chez Pilz, Open Safety chez B&R… NDLR], nous avons créé un protocole qui encapsule la sécurité dans le réseau hébergeur. Qu’il s’agisse de Ethernet IP, Interbus, ModBus TCP/IP Profibus ou Profinet. EtherCAT étant prévu plus tard. » Cependant, ni Powerlink ni DeviceNet ne sont actuellement pris en compte.Après les systèmes d’arrêt d’urgence et les modules I/O, les pupitres et télécommandes sans fil se développent également. « Nous avions déjà l’habitude de paramétrer un automate en sans-fil sur Ethernet avec une télécommande ou même un PC. A présent, nous faisons la même chose pour véhiculer les commandes de sécurité au travers d’un bouton d’arrêt d’urgence ou une barrière im-matérielle », souligne Thierry Lecœur. Pour sa part, le système redondant de télécommande de sécurité de chez Schmersal s’appuie sur deux fréquences différenciées afin de limiter les risques d’interférence. « L’ordre est donc émis deux fois. Le récepteur analyse et compare alors les deux flux. S’ils coïncident, il autorisera la

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Steute propose tout une gamme de commutateurs et interrupteurs radio compacts. Certains modèles sont conçus pour être montés dans un environnement extrêmement étroit ou sur machines mobiles. Ils transmettent une information “tout ou rien” sur des pièces en mouvement sans câblage électrique.

Le module interface IM 154-6 PN HF IWLAN offre une communication entre un ET 200pro et un contrôleur Profinet IO via un réseau radio Industrial Wireless LAN (IWLAN) à 2,4 GHz ou 5 GHz. Il permet au système ET 200pro d’être employé pour des applications où une solution par câble engendrerait un coût important (enrouleur-dérouleur, distance, zones inaccessibles).

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commande demandée », détaille Philippe Soeters, chef “produits et marchés” chez Schmersal France. Quant au pupitre mobile Simatic HMI Mobile Panel 277 IWLAN F de

Interview de Jean-Pierre Hauet, président de la section française de l’ISA (International Society of Automation).

En quoi la version ISA-100.11a de l’ISA-100 concerne-t-elle la sécurité sans fil ? Cette norme est la première implémentation d’un ensemble de standards destinés à couvrir l’ensemble des applications industrielles. Le champ de l’ISA-100.11a ne concerne pas directement les transmissions de sécurité, car le sans-fil doit être d’abord implanté sur les applications auxquelles les acteurs peuvent porter une confiance suffisante. Donc l’ISA-a n’a pas voulu commencer par des applications trop exigeantes. Même si l’ISA-100.11a couvre des applications temps réel avec un temps de latence inférieur à 100 millisecondes et offre des garanties de disponibilité, d’intégrité et de sécurité (y compris la cybersécurité) très supérieures aux solutions actuelles du commerce comme Wi-Fi, Bluetooth ou ZigBee.

Que reproche-t-on à ces trois standards ?Ces solutions génériques ne satisfont pas aux exigences de l’industrie en termes de coexistence avec les autres émetteurs, de faible consommation d’énergie, de possibilité de paramétrer la qualité de service (hiérarchisation du trafic). Sans compter les exigences en termes d’interopérabilité avec des standards existant : les trames IPv6 et les bus de terrain les plus connus (Field Bus Foundation, Profibus…).

Quels sont alors les apports spécifiques d’ISA-100 ? L’ISA-100 s’est inspiré des principes de l’Internet mais appliqués à un réseau très local. Nous n’allons pas avoir à faire à un réseau en étoile, comme le Wi-Fi actuellement, mais à un réseau maillé dans lequel les trames vont être routées de nœud en nœud par

des équipements qui ont la capacité de les réexpédier. C’est du Mesh Networking. Si une trame arrive à un nœud, celui-ci prend la décision de la router vers un autre en fonction des informations qu’il a reçues. Par exemple, s’il y a un obstacle, la trame prendra un autre chemin. Cela assure une très grande disponibilité du réseau car les trajets se reconfigurent automatiquement.

Vous parliez de cybersécurité. Qu’entendez-vous par là ? Il s’agit des risques d’attaques malintentionnées, menaçant la confidentialité, la disponibilité ou l’intégrité des données. A la différence de l’IEC 802.15.4, ISA -100 traite de la cybersécurité à deux niveaux. Tout d’abord, il y a une authentification et un chiffrement selon la spécification AES 128 (Advanced Encryption Standard ; à 128 bits) qui est admise mondialement au niveau de la transmission point à point, c’est-à-dire de la couche 2 du modèle OSI de l’ISO. A cela s’ajoute une vérification de l’intégrité de la transmission au niveau de la couche 4 du modèle OSI, à savoir la couche transport (après sauts multiples).

L’ISA-100 est entrée dans sa phase opérationnelle. Faut-il accélérer son adoption en matière de sécurité ?Je ne suis pas partisan d’aller trop vite. Notamment dans les applications de sécurité. Chaque chose en son temps. D’autant que l’ISA-100 ne s’est pas donnée comme priorité la sécurité même si ses caractéristiques offrent des paramètres de sécurité plus élevés que ce que l’on voit sur le marché. Il y a une explication à cela : les standards de sécurité actuels ont été développés il y a 15 ans, ceux de l’ISA-100 ont commencé il y a cinq ans. Et, à présent, I’ISA Wireless Compliance Institute (IWCI) délivre des labels de conformité à l’ISA-100 aux États-Unis. Il est appelé à se développer dans différents pays.

Propos recueillis par Erick Haehnsen

« Je ne suis pas partisan d’aller trop vite »

Siemens certifié par le Tüv), il se recon-naît à sa forme ronde qui incorpore un large écran tactile et un gros bou-ton d’arrêt d’urgence. Originalité : « Le pupitre intègre un lecteur de tag RFID qui vient lire les transpondeurs permettant d’af-ficher à l’écran les machines à inspecter. Cet équipement sert à la fois à la supervision et au pilotage manuel fin en 16 ms garanties grâce au réseau Profinet I/O », souligne Yves Etcheberry.Une performance sachant que les sys-tèmes de sécurité multiplient les contrôles pour s’assurer que le risque

de défaillance ne dépasse la valeur à respec-ter. Problème : « Les débits tombent alors de 20 Mbps à 1 ou 2 Mbps. Et il faut multiplier les

bornes d’accès sans fil ainsi que les répéteurs pour assurer le fonctionnement de la technologie à sauts de canal de fréquences. Laquelle assure la disponibi-lité et la robustesse de l’échange des données, sou-lève Jean-Claude Mammes. Au final, ce type d’installation est très complexe. Il est absolument nécessaire de passer par des spécialistes. » Cependant, une chose est sûre : « Le wireless trouvera sa place dans des applications critiques de sécurité. Aux Etats-Unis, des sites militaires ou nucléaires utilisent déjà ce type de technologies sans fil. Lesquelles se révèlent plus sûres, car celles-ci sont très difficilement détectables et ne sont pas assujetties à des ruptures intempestives de câbles », analyse Jean-Pierre Hauet. « Ces technologies atteignent un très haut niveau de disponibilité. Elles se confondent au bruit ambiant et savent ainsi se dissimuler. » Bref, le marché devrait démarrer. A condition que les coûts baissent et que les fabricants prouvent davantage la fiabilité de leurs systèmes afin de lever les dernières réticences.

© Erick Haehnsen/TCA-innov24

Schneider Electric propose une gamme de boutons-poussoirs sans fil et sans pile. Lorsque l’opérateur pousse le bouton, l’énergie mécanique est convertie en énergie électrique pour envoyer un signal radio au récepteur.

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