[APPLICATION MICROCHIP] Face aux environnements industriels qui évoluent grâce à l’intégration des technologies opérationnelles (OT, Operational Technology) et des technologies de l’information (IT, Information Technology), la demande en connectivité fluide et en alimentation fiable n’a jamais été aussi forte. Face à cette demande, de plus en plus de fabricants de produits IIoT (Internet des Objets Industriels) se tournent vers la technologie PoE (Power over Ethernet).
Auteur : Alan Jay Zwiren
Responsable en chef du marketing pour le département réseau et connectivit
Microchip Technology
La multiplication des appareils connectés comme les capteurs, contrôleurs, caméras et bras robotisés a rendu les données indispensables pour les sites de production modernes et les industries de procédés.
Dans ce cadre, la technologie PoE (Power over Ethernet) est une solution privilégiée afin de bénéficier de sa capacité unique à distribuer à la fois de l’énergie et des données sur un même câble. Cet avantage contribue à rendre les opérations industrielles plus intelligentes, plus flexibles et plus efficaces, tout en simplifiant le déploiement et la maintenance.
Cette technologie PoE permet en effet à l’alimentation électrique et aux données d’être transmises de façon simultanée sur un réseau Ethernet standard.
Cette approche a été présentée à l’origine par la société PowerDsine en 1998, qui par la suite a été rachetée par la suite par Microchip Technology.
En 2003, l’IEEE (Institue of Electrical and Electronics Engineers) a introduit le premier standard concernant cette technologie, l'IEEE 802.3af.
L'intégration en environnement industriel des technologies opérationnelles et des technologies de l’information est de plus en plus prégnante.
Qu’est-ce que la technologie PoE ?
Au départ, le PoE a été développé dans le but d’alimenter des appareils tels que des téléphones sur IP et des points d’accès sans fil sans avoir besoin de séparer les alimentations. Depuis lors, les standards PoE qui ont évolué avec les documents IEEE 802.3 af/at/bt, permettent des niveaux de puissance plus élevés et un plus large éventail d’appareils.
Ces derniers sont ainsi devenus une technologie incontournable pour la mise en réseau moderne, notamment pour l’automatisation industrielle et les déploiements IIoT.
Pourquoi les fabricants d’objets IIoT se tournent-ils vers le PoE ?
Pour les fabricants d’objets IIoT, la technologie PoE offre de nombreux avantages incontestables. Le PoE simplifie le déploiement en combinant l’alimentation et les données sur un seul câble, évitant ainsi le câblage électrique séparé tout en réduisant la complexité et les coûts de l’installation.
Il permet plus de flexibilité pour le placement des appareils, facilitant ainsi leur installation dans des endroits distants, difficiles d’accès ou dangereux, où les sources d’alimentation traditionnelles peuvent être indisponibles ou trop onéreuses.
Le PoE prend également en charge une architecture réseau unifiée, simplifiant la conception du réseau et facilitant son évolutivité et son adaptation à des besoins changeants.
La fiabilité et la conformité sont également renforcées : fondé sur des normes, le PoE fournit une alimentation en courant continu à basse tension, contribuant ainsi à réduire les risques électriques et à satisfaire aux exigences réglementaires.
De plus, le fait de proposer des appareils alimentés par PoE peut offrir aux fabricants un avantage concurrentiel sur un marché saturé en fournissant aux clients une solution plus pratique et plus intégrée.
Surmonter les défis liés au déploiement du PoE en environnement industriel
Malgré ses avantages, le déploiement du PoE dans les environnements industriels n’est pas toujours simple. L’un des principaux obstacles réside dans le fait qu’il existe peu d’infrastructures réseau compatibles PoE.
En effet, de nombreux réseaux industriels existants ne disposent pas de commutateurs PoE et, lorsqu’ils existent, peuvent ne pas fournir une alimentation suffisante sur chaque port pour pouvoir prendre en charge tous les appareils connectés.
Le coût et la complexité de la mise à niveau de l’infrastructure réseau peuvent être prohibitifs, en particulier dans les installations existantes.
Parmi les autres défis, citons l’accès limité à l’alimentation électrique, car toutes les zones d’une usine ou d’un site ne disposent pas d’un accès aisé au câblage réseau ou aux prises de courant, ce qui complique le placement des appareils.
La mise à niveau de l’alimentation électrique vers la compatibilité PoE peut également s’avérer très coûteuse et entraîner des perturbations dans l’exploitation.
Les questions de compatibilité doivent également être résolues afin de garantir que les appareils alimentés par PoE fonctionnent de manière fluide avec les équipements réseau existants, évitant ainsi les temps d’arrêt et les difficultés de maintenance et d'assistance technique.
Enfin, l’évolutivité représente un défi car à mesure que le nombre d’appareils connectés augmente, la demande en solutions d’alimentation fiables et évolutives s’accroît également.
Les "midspans "PoE : ajouter la fonctionnalité PoE à un réseau existant
Afin de relever le défi posé par une infrastructure PoE limitée, de nombreuses installations industrielles se tournent vers les "midspans" PoE, également appelés injecteurs, afin d’ajouter l’alimentation PoE aux points du réseau qui n’en disposent pas.
Un injecteur PoE est un appareil qui se place entre un port Ethernet ne fournissant pas de PoE et le périphérique alimenté. Il injecte de l’alimentation électrique dans le câble Ethernet afin que les données et l’alimentation soient toutes deux acheminées vers l’appareil alimenté.
Cette approche permet aux fabricants et aux clients de déployer des appareils IIoT alimentés par PoE sans avoir à remplacer les commutateurs existants ni à remanier l’architecture réseau, ce qui en fait une solution économique et évolutive pour étendre la couverture PoE dans les environnements industriels.
Diagamme d'un "midspan" Power over Ethernet injectant de l’énergie
Alors que les injecteurs PoE standard conviennent aux environnements de bureau ou commerciaux, les environnements industriels exigent des solutions plus robustes. Les injecteurs PoE industriels sont spécialement conçus pour résister aux conditions difficiles fréquemment rencontrées dans les usines, les sites de transformation et les installations en extérieur.
Injecteurs PoE industriels et injecteurs standards
Ces injecteurs présentent une construction renforcée, permettant un fonctionnement fiable dans des environnements soumis à des températures extrêmes, à l’humidité, à la poussière et aux vibrations. Ils sont compatibles avec une plage de températures étendue, garantissant des performances constantes aussi bien par forte chaleur que par grand froid.
Le renforcement de la sécurité et de la conformité est également essentiel car les injecteurs industriels répondent à des normes de sécurité et réglementaires strictes. Ils fournissent une alimentation en courant continu à basse tension et répondent à des exigences normatives visant notamment à réduire les risques électriques.
Les injecteurs PoE industriels prennent en charge des niveaux de puissance plus élevés - comme la norme IEEE 802.3bt allant jusqu’à 90 W en sortie - pour s’adapter aux appareils exigeants. Ils sont par ailleurs dotés d’une protection robuste contre les surtensions, ce qui est indispensable dans les environnements industriels, où il n’est pas rare d’avoir des surtensions ou des conditions difficiles.
Des options de montage flexibles, telles que les installations sur rail DIN, murales ou en rack, s’adaptent à divers scénarios de déploiement. Grâce à des composants et boîtiers conçus pour un fonctionnement continu, offrant une durabilité à long terme et une maintenance minimale, la fiabilité et la longévité sont assurées.
Ces caractéristiques sont essentielles pour maintenir la disponibilité, la sécurité et les performances dans les environnements industriels où les défis environnementaux et les exigences opérationnelles sont bien plus importants que dans les environnements de bureau classiques.
Injecteur standard pour usage intérieur, à gauche, et injecteur industriel à droite
Pour les fabricants d’appareils IIoT et les clients déployant des appareils alimentés par PoE, le choix du bon fournisseur de solutions PoE est crucial.
Critères de sélection d’un fournisseur de solutions PoE
D'abord, une compatibilité éprouvée est essentielle. Les injecteurs du fournisseur doivent être testés et validés pour fonctionner de manière transparente avec une large gamme d’appareils industriels, réduisant ainsi le risque de temps d’arrêt et les opérations de maintenance.
La flexibilité des options d’alimentation est par ailleurs importante. L’alimentation doit prendre en charge différents niveaux de puissance et types d’appareils pour répondre aux besoins variés des applications.
La fiabilité et la conformité doivent aussi être prioritaires, afin de garantir que les solutions respectent les normes industrielles en matière de sécurité et de performances, qu’elles répondent aux exigences réglementaires et qu’elles minimisent les risques.
La facilité d’installation est également essentielle. C’est pourquoi le PoE utilise des solutions "plug-and-play" qui exploitent le câblage Ethernet existant pour simplifier le déploiement et réduire le temps d’installation.
Une conception robuste est indispensable pour les injecteurs de qualité industrielle : ils doivent présenter une construction solide et supporter des plages de températures étendues afin de garantir un fonctionnement fiable dans des environnements difficiles.
Enfin, un support technique solide et un service après-vente de qualité de la part du fournisseur peuvent aider à résoudre les problèmes de compatibilité et garantir une satisfaction à long terme.
En donnant la priorité à ces caractéristiques, les fabricants et les utilisateurs peuvent garantir des déploiements PoE réussis, évolutifs et fiables dans les environnements industriels, libérant ainsi tout le potentiel des appareils IIoT intelligents.
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