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Les écosystèmes de l’Internet industriel des objets (IIoT, Industrial Internet of Things) exigent des câbles et connecteurs de haute performance capables de transmettre les données à des vitesses élevées, et ce même sur de longues distances. L’Ethernet à paire unique (SPE, Single Pair Ethernet) était prédestiné à cela. La nouvelle technologie offre de nombreux autres avantages, tels qu’un faible besoin en matériau et en espace, constituant ainsi un élément indispensable des chaînes de processus industriels hautement automatisées du futur.

Les processus de création de valeur industrielle évoluent actuellement à un rythme sans précédent, caractérisés qu’ils sont par un maximum de numérisation, d’automatisation et de mise en réseau. Tous les composants et dispositifs opérant en mode Industrie 4.0, machines, robots, contrôleurs, systèmes de transfert, PC industriels, caméras intelligentes et capteurs, communiquent entre eux de bout en bout et échangent en permanence des données, que ce soit par le biais de connexions internes ou de l’Internet. L’objectif primordial de cet Internet industriel des objets est de rendre les processus plus cohérents et plus rapides, afin d’améliorer la qualité des produits et d’accroître la rentabilité.

Marché IIoT en croissance

L’importance croissante de l’IIoT est confirmée par de nombreuses études. Dans une enquête représentative, 72% des entreprises manufacturières mondiales ont déclaré disposer déjà de solides stratégies Industrie 4.0 bien établies. Les entreprises investissent donc déjà massivement dans les technologies correspondantes. En 2022, le marché mondial de l’IIoT s’élevait à 293 milliards d’euros, et il devrait encore croître de 20 à 25% par an jusqu’en 2030. Selon les estimations des experts, le segment IIoT atteindra d’ici là un volume de marché de 1 500 milliards d’euros.

Cette tendance est alimentée par de nombreux facteurs, notamment la disponibilité croissante de capteurs à faible coût, de technologies de réseau avancées et de solutions logicielles modernes basées sur l’intelligence artificielle (IA) et l’apprentissage automatique. Associées à une mondialisation industrielle croissante, ces innovations ont créé un environnement dans lequel les acteurs les plus divers, entreprises manufacturières, employés, fournisseurs, consommateurs, investisseurs et autres parties prenantes, peuvent être connectés n’importe où, n’importe quand, et à un coût raisonnable. C’est précisément ce qui constitue l’essence des scénarios IIoT modernes.

Un niveau élevé de connectivité réseau est nécessaire

La mise en oeuvre technique des exigences de l’IIoT présuppose un niveau de connectivité réseau particulier, sans précédent dans l’histoire de l’industrie. Jusqu’à présent, divers systèmes de communication tels que Profinet, CAT 5e et 6a, Ethernet industriel ou Ethercat étaient utilisés. Ethernet continue de jouer un rôle central en tant que technologie de transmission. La densité croissante de capteurs, d’actionneurs et de contrôleurs dans les appareils IIoT en réseau pose des défis particuliers pour la connectivité Ethernet. Il s’agit, par exemple, de très longues distances de câblage, de limitations de la bande passante dues à des technologies de connexion obsolètes, et de la gestion complexe de divers protocoles.

Ces exigences ont créé le besoin d’une variante Ethernet compacte, légère et économique. L’Ethernet à paire unique (SPE) s’est imposé comme la solution de choix. Les signaux sont transmis par une seule paire de fils de cuivre torsadés, ce qui présente plusieurs avantages significatifs. Par exemple, la réduction du nombre de câbles permet d’économiser du matériel, de l’espace et du poids. Deux fils seulement au lieu de huit nécessitent beaucoup moins de cuivre, permettent des systèmes de capteurs plus petits et ouvrent la voie à la miniaturisation des infrastructures de câbles industriels. Grâce à des câbles compacts et bon marché, dont le poids est réduit de 35 à 50% par rapport aux câbles Ethernet et de bus de terrain classiques, il est possible de réaliser des économies considérables.

Transmission de l’énergie et des données

Autre avantage décisif : l’Ethernet à paire unique transmet des données à une vitesse pouvant atteindre 10 Gbit/s. Ajoutons à cela l’utilisation efficace de l’espace disponible : une seule et même paire de fils de cuivre sert également à alimenter les appareils finaux connectés avec une puissance allant jusqu’à 52 watts (Power over Data Line, PoDL). Autrement, deux paires de fils seraient nécessaires pour le Fast Ethernet (100 MB) et quatre paires pour le Gigabit Ethernet. Le SPE ouvre aussi la voie à la transmission de données à grande vitesse sur des distances relativement longues. Cette technologie offre la possibilité de décupler la portée et de transmettre des données sur des distances allant jusqu’à 1 000 mètres avec une largeur de bande de 10 Mbit/s. Avec une vitesse de transmission de 1 Gbit/s, il est possible de couvrir jusqu’à 40 mètres.

À cela s’ajoutent d’autres avantages, comme la grande robustesse et la longévité des connexions qui en résulte. En outre, les câbles SPE peuvent être installés très rapidement et facilement pour être intégrés dans les infrastructures d’usine, ce qui réduit les coûts de matériel et de main-d’oeuvre. Par conséquent, l’Ethernet à paire unique crée les meilleures conditions pour le développement de solutions de connectivité industrielle performantes et rentables. Ces solutions combinent les avantages de la transmission de données à grande vitesse et les possibilités de miniaturisation. Cette technologie jette ainsi les bases d’une communication en temps réel de bout en bout jusqu’au niveau du terrain.

Transfert de données à haute vitesse sur de longues distances

Ces nombreux avantages rendent l’Ethernet à paire particulièrement adaptée aux applications IIoT hautement automatisées. Dans de nombreux scénarios d’utilisation industrielle, cette technologie constitue donc une meilleure alternative que les voies de transmission traditionnelles. C’est particulièrement vrai pour l’environnement de production : en raison de la numérisation et de l’automatisation croissantes, des quantités de données toujours plus importantes doivent être mises à disposition rapidement et de manière fiable dans les zones atelier des usines. Compte tenu des capacités de production croissantes en de nombreux endroits de ces zones, des distances plus importantes doivent souvent être franchies pour la communication des données. L’Ethernet à paire unique offre une solution optimale, car il permet de réaliser des taux de transmission de données relativement élevés, même sur de longues distances. En outre, cette technologie permet pour la première fois un échange continu de données entre le capteur et les infrastructures en périphérie et en nuage via un protocole de communication uniforme. Cela simplifie considérablement la gestion des architectures de réseau.

Vu la flexibilité de la solution, l’Ethernet à paire unique peut déployer ses nombreux avantages dans tous les secteurs industriels imaginables. Plus les processus sont numérisés et automatisés, plus les gros volumes de données doivent circuler rapidement et sans heurts dans les ateliers. C’est la raison pour laquelle les industries à haut degré d’automatisation profitent particulièrement de cette technologie, comme la production automobile, la construction de machines et d’installations, l’industrie alimentaire et des boissons, ou encore l’industrie chimique et pharmaceutique. L’Ethernet à paire unique est également de plus en plus utilisé dans d’autres scénarios d’application où une communication de données rapide et fiable est nécessaire. Il s’agit notamment du transport et de la logistique, de l’environnement des villes intelligentes et de la défense.

Des câbles SPE à combiner avec les connecteurs appropriés

Le câblage SPE ne peut toutefois déployer tout son potentiel que s’il est associé aux bons connecteurs. En effet, la connexion du câble à la machine doit être en mesure de traiter la vitesse de transmission élevée de manière appropriée. Fischer Connectors, par exemple, offre un large éventail de solutions complètes et fiables pour le SPE. Les séries Fischer Core et Fischer UltiMate™ transmettent les données à une vitesse de 1 Gbit/s conformément à la norme IEEE 802.3bp - 1000Base-T1. Elles impressionnent par leur grande robustesse, leur sécurité, leur durabilité, ainsi que leur résistance environnementale et mécanique. Les solutions Fischer SPE sont conformes aux normes MIL-STD (pour Fischer UltiMate™) et présentent 10 000 cycles d’enfichage et trois mécanismes de verrouillage (push-pull, vis, quick release). En complément des taux d’étanchéité IP68/IP69, elles permettent également une étanchéité hermétique.

Des performances élevées dans un espace réduit

Les environnements de production IIoT en réseau et hautement automatisés nécessitent une connectivité maximale. Il faut des infrastructures de câbles hautes performances capables de transmettre à la fois la puissance et les données de manière sécurisée et efficace sur de longues distances et à des vitesses élevées. Étant donné que l’espace disponible en atelier est généralement limité, et que les appareils et capteurs en réseau sont de plus en plus petits et difficiles d’accès, une technologie de transmission peu encombrante est nécessaire. L’Ethernet à paire unique répond précisément à ces exigences : le transfert de données à haute vitesse associé à une faible utilisation de matériaux et à un poids réduit peut porter la connectivité à un nouveau niveau pour un large éventail de scénarios d’application IIoT.

Trouvez plus d’information concernant les challenges et pratiques d’innovation en lien à l’industrie 4.0 dans le livre blanc de Fischer Connectors (en anglais) : « The Connectivity Challenge, Connecting Industry 4.0 ».

https://www.fischerconnectors.com/