L’automatisation industrielle repose largement sur une infrastructure réseau robuste pour connecter les automates programmables (PLC), les systèmes de contrôle distribué (DCS) et les interfaces homme-machine (IHM). Les environnements modernes d’automatisation des usines génèrent d’importants volumes de données opérationnelles en temps réel sur des réseaux déterministes. Comprendre les différences structurelles entre les concentrateurs, les commutateurs et les routeurs garantit une segmentation optimale du trafic, réduit la latence et maintient une haute disponibilité du réseau.

Décrypter les limites des concentrateurs réseau hérités

Les concentrateurs industriels fonctionnent strictement au niveau 1 (couche physique) du modèle d’interconnexion des systèmes ouverts (OSI). Ces dispositifs matériels non intelligents diffusent indistinctement les signaux électriques ou les flux de bits entrants sur tous les ports de sortie. Par conséquent, les appareils connectés subissent de fréquentes collisions de paquets, une forte congestion du réseau et de graves vulnérabilités de sécurité. Dans les systèmes modernes de contrôle industriel, les concentrateurs hérités créent des retards de transmission imprévisibles qui ne respectent pas les exigences du contrôle déterministe en temps réel.

Maximiser le débit des données locales avec des commutateurs administrables

Les commutateurs Ethernet industriels fonctionnent au niveau 2 (couche liaison de données) et analysent dynamiquement les adresses de contrôle d’accès au support (MAC). En conservant une table interne des adresses MAC, un commutateur achemine les trames Ethernet exclusivement vers le port de destination désigné. De plus, les commutateurs administrables prennent en charge la communication bidirectionnelle simultanée et exécutent des protocoles de vérification des erreurs avant de transmettre les trames. L’intégration de commutateurs industriels de niveau 2 optimise l’utilisation de la bande passante et élimine les collisions de données sur les réseaux locaux d’automates.

Relier les sous-réseaux dans l’automatisation des usines avec des routeurs

Les routeurs fonctionnent au niveau 3 (couche réseau) du modèle OSI et traitent les en-têtes des paquets du protocole Internet (IP). Ces dispositifs réseau intelligents acheminent le trafic entre des réseaux locaux (LAN) distincts ou connectent les technologies opérationnelles (OT) aux réseaux étendus (WAN). En outre, les routeurs exécutent des algorithmes de routage avancés afin de sélectionner les chemins optimaux pour les charges utiles de données critiques. L’installation de pare-feu industriels et de routeurs de niveau 3 isole efficacement les boucles de contrôle des environnements informatiques d’entreprise.

Comparer les capacités essentielles des équipements réseau industriels

Le choix des équipements réseau appropriés nécessite de comparer les couches opérationnelles, les formats de données, les vitesses de commutation et les mécanismes d’adressage des trois types de dispositifs.

Évaluer le choix des dispositifs pour les systèmes de contrôle à haute disponibilité

Les concepteurs de réseaux industriels doivent soigneusement équilibrer le coût, l’intelligence et le déterminisme lors du choix des équipements réseau centraux. Alors que les commutateurs non administrables conviennent à l’extension de base des périphériques, les usines de traitement à conséquences élevées exigent une infrastructure administrable de niveaux 2 et 3. D’après mon expérience sur le terrain lors de la modernisation de réseaux de contrôle DCS, le remplacement des concentrateurs hérités par des commutateurs administrables prenant en charge les réseaux locaux virtuels (VLAN) réduit considérablement la gigue et empêche les tempêtes de diffusion.

Scénario d’application pratique : intégration OT/informatique dans une station d’épuration

Une station régionale d’épuration des eaux usées exploitée par une municipalité a modernisé son réseau de contrôle afin de relier de manière sécurisée les technologies opérationnelles (OT) aux outils d’analyse informatiques de l’entreprise :

• Segmentation de la boucle DCS locale : Les ingénieurs de l’usine ont déployé des commutateurs industriels de niveau 2 montés sur rail DIN dans les armoires de terrain afin de connecter les automates locaux, les centres de commande des moteurs (MCC) et les nœuds SCADA au moyen de topologies en anneau PROFINET redondantes.
• Isolement du réseau par routage de niveau 3 : Un routeur industriel renforcé de niveau 3 a créé une zone démilitarisée (DMZ) sécurisée entre le réseau de la station de traitement de l’eau et le réseau informatique administratif.
• Optimisation de la bande passante et de la sécurité : Le routeur de niveau 3 a filtré le trafic informatique d’entreprise non essentiel tout en acheminant les données de télémétrie assainies vers le tableau de bord central de supervision via Modbus TCP, maintenant ainsi des performances déterministes pour les commandes critiques des stations de pompage.

À propos de l’auteur

Wang Jian est ingénieur principal en communications industrielles et possède plus de 15 ans d’expérience technique dans la conception, la mise en service et la sécurisation d’architectures réseau DCS, PLC et OT/informatique pour des sites de fabrication et des installations de traitement du monde entier. Il est spécialisé dans la conception de réseaux Ethernet industriels à haute disponibilité, le diagnostic des bus de terrain et la conformité en matière de cybersécurité pour les plateformes d’infrastructures critiques.