Bus de terrain industriels : guide de sélection
Choisir un bus de terrain pour une installation industrielle n’est pas une décision anodine. Ce choix conditionne la vitesse de transmission, la distance maximale, le nombre d’esclaves supportés, la compatibilité avec vos équipements existants et la facilité de maintenance sur le long terme. Face à une offre qui s’est diversifiée depuis les années 1980, AS-i, PROFIBUS DP, CANopen ou encore DeviceNet répondent chacun à des besoins spécifiques. Ce guide vous aide à y voir clair.
Il faut cependant replacer ces technologies dans leur contexte : les bus de terrain classiques sont progressivement supplantés par les protocoles Ethernet industriel (PROFINET, EtherNet/IP, EtherCAT) et par des standards récents comme IO-Link, plus rapides, plus flexibles et mieux adaptés aux architectures Industry 4.0. Pour autant, les protocoles historiques restent très largement présents sur le terrain. Des millions d’équipements PROFIBUS, CANopen ou AS-i sont encore en service, et le seront encore pendant de nombreuses années. Comprendre ces protocoles est donc essentiel, que ce soit pour concevoir de nouvelles machines, maintenir des installations existantes ou planifier une migration vers ces nouveaux standards.
AS-Interface : le bus du niveau terrain
L’AS-Interface (Actuator Sensor Interface, ou AS-i) est conçu pour le niveau le plus bas de l’architecture d’automatisation : la connexion directe des capteurs et actionneurs simples. Il utilise un câble plat deux fils non polarisé qui transporte à la fois les données et l’alimentation (24 V, jusqu’à 8 A avec module d’alimentation dédié).
Module AS-i (© ifm.com)
Ses caractéristiques principales :
- Vitesse de transmission fixe à 167 kbit/s
- Jusqu’à 62 esclaves adressables (profil étendu)
- Distance maximale de 100 m sans répéteur, extensible à 300 m avec deux répéteurs
- Cycle de bus typique inférieur à 5 ms pour 31 esclaves
AS-i est particulièrement adapté aux lignes de convoyage, aux postes d’assemblage ou aux îlots de distribution pneumatique. Son câblage simplifié réduit le temps de montage et facilite les modifications ultérieures. En revanche, le débit limité et la taille des données échangées (4 bits par esclave en profil standard) le rendent inadapté à des échanges complexes.
CAN et CANopen : robustesse et temps réel embarqué
Le bus CAN (Controller Area Network) a été développé par Bosch dans les années 1980 pour l’automobile. Sa robustesse face aux perturbations électromagnétiques et sa gestion native des collisions (arbitrage non destructif par priorité de trame) en ont fait un protocole de référence en milieu industriel.
Logo CANopen (© wikimedia.org)
CANopen est la couche applicative construite sur CAN, standardisée par la CiA (CAN in Automation) et reconnue par la norme IEC 61784. Il définit des profils d’équipements (variateurs, encodeurs, entrées/sorties) qui facilitent l’interopérabilité.
Points clés à retenir :
- Vitesse de 10 kbit/s à 1 Mbit/s selon la longueur de bus (40 m à 1 Mbit/s, jusqu’à 5 km à 10 kbit/s)
- Payload limité à 8 octets par trame (contrainte pour les échanges de données volumineuses)
- Architecture multi-maître possible
- Jusqu’à 127 noeuds sur un même réseau
CANopen est très répandu dans la machine spéciale, la robotique légère, les systèmes de convoyage et les équipements mobiles. Sa latence faible et sa tolérance aux pannes en font un choix solide pour les applications temps réel distribué.
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PROFIBUS DP et PA : le standard européen
PROFIBUS DP (Decentralized Periphery) est le protocole de bus de terrain le plus déployé en Europe, avec plus de 60 millions de noeuds installés dans le monde. Basé physiquement sur RS-485, il se présente sous forme d’un câble violet caractéristique avec connecteurs DB9.
Coffret électrique utiliasnt du Profibus (© mytra.es)
Ses spécifications :
- Débit de 9,6 kbit/s à 12 Mbit/s (selon la longueur de segment)
- Jusqu’à 126 esclaves adressables par réseau (32 par segment sans répéteur)
- Distance de 100 m à 12 Mbit/s, jusqu’à 1 200 m à 9,6 kbit/s
- Temps de cycle typique de 1 à 10 ms pour 32 esclaves à 1,5 Mbit/s
PROFIBUS PA est la variante dédiée à l’instrumentation de process (zones ATEX, mesures de débit, pression, température). Il utilise la technologie MBP (Manchester Bus Powered) sur deux fils qui alimentent les appareils de terrain, avec un débit fixe de 31,25 kbit/s. Un coupleur DP/PA permet d’intégrer les segments PA dans un réseau DP.
PROFIBUS s’impose naturellement sur les projets Siemens (Step 7, TIA Portal), mais de nombreux fabricants proposent des modules compatibles. C’est un choix pertinent pour les ateliers de production où la fiabilité et la maturité du protocole priment.
DeviceNet : la variante CAN pour le marché nord-américain
DeviceNet repose sur la même couche physique que CAN mais définit une couche applicative différente de CANopen. Il est particulièrement répandu dans les marchés nord-américain et asiatique, notamment sur les équipements Allen-Bradley (Rockwell Automation).
Matériel compatible DeviceNet (© bihl-wiedemann.de)
Ses caractéristiques :
- Alimentation 24 V intégrée sur le câble (jusqu’à 8 A)
- Vitesse de 125, 250 ou 500 kbit/s
- Jusqu’à 64 noeuds par réseau
- Bien adapté aux variateurs, démarreurs et blocs d’entrées/sorties
Si vos équipements sont majoritairement Rockwell ou si votre client est nord-américain, DeviceNet reste un choix cohérent. Pour un parc mixte orienté Siemens ou Schneider en Europe, PROFIBUS DP sera généralement préféré.
Critères de sélection : la méthode terrain
Avant de choisir, évaluez systématiquement ces paramètres :
- Nombre et type d’esclaves : capteurs simples (AS-i), actionneurs intelligents (PROFIBUS, CANopen) ou instruments de process (PROFIBUS PA)
- Distance et topologie : longueur de câble, nombre de segments, présence de zones ATEX
- Cadence de cycle requise : les applications de sécurité ou de mouvement précis exigent des temps de cycle inférieurs à 5 ms
- Marque du contrôleur : l’écosystème du fabricant oriente souvent le choix (Siemens/PROFIBUS, Rockwell/DeviceNet)
- Évolutivité vers l’Ethernet industriel : PROFIBUS annonce sa migration progressive vers PROFINET, CANopen vers CANopen FD ou EtherCAT
La norme IEC 61784 recense et classe l’ensemble de ces protocoles, ce qui facilite la comparaison technique dans le cadre d’un cahier des charges.
Conclusion
Le choix d’un bus de terrain doit avant tout partir des contraintes réelles de l’application : topologie, nombre d’esclaves, vitesse requise et écosystème du contrôleur. AS-i reste imbattable pour le câblage de capteurs simples en nombre. CANopen et DeviceNet offrent une excellente robustesse temps réel sur des architectures distribuées. PROFIBUS DP demeure la référence en Europe pour les automatismes de production. Ces technologies, bien que matures et en recul sur les nouveaux projets au profit de l’Ethernet industriel, constituent encore le socle de communication de la grande majorité des installations en service. Les maîtriser, c’est se donner les moyens d’intervenir efficacement sur le parc existant tout en anticipant les migrations à venir.
