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Étude de cas : Conception d'une connectivité sans fil à faible latence pour les machines de l'usine intelligente de BYD Electronics, d'une superficie de 1,7 million de m²

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Comment une usine intelligente de 1,7 million de mètres carrés a mis en place une liaison sans fil reproductible entre les automates programmables et les systèmes de l'usine

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Introduction
Un grand site de fabrication de véhicules électriques et de composants électroniques devait relier les automates programmables (PLC) des machines de production aux systèmes de contrôle, de fabrication et de surveillance à l’échelle de l’usine, sans avoir à mettre en place une méthode d’intégration distincte pour chaque machine. L’architecture « edge » ainsi mise en place combinait le Wi-Fi industriel avec une conversion Modbus locale et une installation compacte au niveau des machines.
Le site de Huizhou BYD Electronics est une base de production majeure pour l’électronique, les batteries et les composants automobiles. Son envergure et la diversité de ses équipements automatisés créent un environnement technologique opérationnel dense dans lequel les contrôleurs des machines doivent échanger des données avec les plateformes de contrôle de supervision, de fabrication et de surveillance.
Le chemin de connexion s’étend des automates des machines aux points d’accès sans fil, en passant par le réseau fédérateur Ethernet industriel et les systèmes de couche supérieure de l’usine. Les équipements sont installés à proximité des machines, où l’espace disponible dans les armoires, les variations de température et les interférences électromagnétiques influent tous sur la conception des communications.
Les données côté machine comprenaient le protocole Modbus RTU et d’autres flux de données série, tandis que les applications de l’usine nécessitaient une connectivité Ethernet et Modbus TCP. Sans couche de conversion cohérente, chaque connexion machine risquait de se transformer en un projet distinct en termes de protocole et de câblage.
L’usine avait également besoin d’un accès sans fil pour les équipements répartis dans les zones de production. Un pont sans fil du commerce n’aurait pas permis de répondre de manière adéquate aux exigences en matière de transport déterministe des commandes, d’interférences électromagnétiques industrielles, de plage de température ou de montage compact au niveau des machines.

Exigences
La conception devait préserver les interfaces existantes des machines tout en établissant un chemin reproductible vers le réseau de l’usine. À l’échelle du site, la réduction de l’effort d’ingénierie par machine était aussi importante que le choix d’un dispositif techniquement compatible.
1. Prendre en charge la conversion Modbus RTU/TCP pour l’intégration avec les systèmes de couche supérieure.
2. Respecter un délai d’acceptation des commandes de 50 ms ou moins.
3. Maintenir une communication sans fil stable dans un environnement industriel soumis à de fortes interférences électromagnétiques.
4. Fonctionner à des températures comprises entre -40 °C et 75 °C avec des caractéristiques de protection industrielles.
5. S’adapter à l’espace limité au niveau des machines grâce à un montage sur rail DIN ou mural.

Solution
L’architecture conserve le réseau central de l’usine câblé tout en déplaçant la conversion de protocole et l’accès sans fil vers la périphérie des machines. Des points d’accès industriels fournissent des cellules sans fil dans les zones de production, et un Mport3101-W installé sur chaque machine relie l’automate programmable (PLC) ou le terminal série au réseau sans fil.
La conversion du trafic Modbus à proximité de la machine limite la distance et la complexité du câblage série. Elle permet également de créer un modèle de connexion reproductible, applicable à des équipements provenant de différents fournisseurs de solutions d’automatisation. Ce dispositif industriel compact combine les fonctions de périphérie nécessaires à la conversion de protocole, à l’accès sans fil et au montage au niveau de la machine.

Déploiement et vérification
Le déploiement a consisté à placer des nœuds de communication sans fil à proximité des machines de production et à relier la couche des points d’accès au réseau Ethernet industriel. Les critères de réception lors de la mise en service ont été définis autour de l’interopérabilité Modbus, de l’échange continu de données machine, de l’objectif de transmission des commandes en 50 ms et de la stabilité du signal dans l’environnement de l’usine.
Le cahier des charges du projet confirme l’intégration réussie des équipements avec les plateformes de machines Mitsubishi, FANUC et Siemens. Il fait également état d’un déploiement sur le terrain plus large, avec près de 20 000 unités pour cette famille d’appareils. Le cahier des charges ne publie pas de courbe de latence, de résultats sur la perte de paquets ni d’étude de couverture ; ce cas ne présente donc pas ces indicateurs comme des résultats mesurés du projet.

Résultats
L’intérêt de cette conception ne réside pas simplement dans le fait que les machines disposent désormais du Wi-Fi. L’architecture a permis de réduire le nombre d’interfaces sur mesure entre les équipements de production et le réseau de l’usine, de localiser la conversion de protocole au niveau de l’équipement et de limiter la dépendance vis-à-vis de nouveaux câblages série fixes.
1. Réduction des risques d’intégration lorsque les machines utilisent différentes interfaces série ou Modbus.
2. Moins de perturbations lors de l’installation par rapport à la mise en place d’un câblage de communication dédié vers chaque machine.
3. Déploiement plus rapide grâce à un modèle de connexion machine-périphérie cohérent.
4. Isolation des pannes simplifiée, car la frontière entre le réseau sans fil et la conversion de protocole se situe au niveau de la machine.

Vous envisagez de mettre en place une connectivité sans fil pour vos automates programmables (PLC) ou vos machines série ? Envoyez-nous les spécifications de vos interfaces de contrôleur, vos exigences en matière de protocole, votre objectif de latence, le schéma de votre site de production et vos contraintes RF à l’adresse [email protected]. Consultez la page produit du Mport3101-W ou lisez l’étude de cas complète.