Protocole IHM pont roulant : Profinet vs EtherCAT vs Modbus TCP
Choix du protocole de communication IHM pour pont roulant : pour les ponts roulants équipés d’API Siemens, privilégiez Profinet IRT (cycle de 250 μs à 1 ms) ; pour les ponts roulants avec API Inovance ou Beckhoff, optez pour EtherCAT (latence minimale ≤ 100 μs) ; pour la rénovation de ponts roulants existants, choisissez Modbus TCP (le plus universel, coût de configuration nul). Les trois protocoles sont pris en charge par le système KR-HMI de Kelude Industries Lourdes ; l’interface de configuration de l’IHM permet de basculer d’un protocole à l’autre en un clic pour s’adapter aux différentes marques d’API.
Le protocole de communication entre l’IHM du pont roulant et l’API détermine directement le temps de réponse de l’IHM et la fréquence de rafraîchissement des données. Un mauvais choix de protocole peut entraîner des retards de rafraîchissement, une désynchronisation des données, voire une interruption de la communication. Profinet, EtherCAT et Modbus TCP sont les trois protocoles Ethernet les plus répandus dans l’automatisation industrielle, mais chacun présente des avantages et des inconvénients spécifiques dans le contexte du pont roulant. Cet article compare ces protocoles selon cinq critères — cycle de communication, mécanisme de transmission, topologie réseau, coût matériel et compatibilité IHM — et propose des recommandations concrètes pour la sélection du protocole de communication IHM.
1. Profinet IRT — le choix idéal dans un environnement Siemens
Profinet est la norme Ethernet industrielle promue par Siemens ; l’IRT (Isochronous Real-Time, mode de synchronisation isochrone) en constitue le plus haut niveau de temps réel. L’IRT repose sur un mécanisme matériel qui garantit une synchronisation cyclique précise : tous les équipements IRT émettent et reçoivent leurs données selon un séquencement temporel strict au sein d’un même cycle de communication, avec une gigue de cycle inférieure à 1 μs. Lorsque l’IHM du pont roulant communique avec un API Siemens S7-1200/1500 via Profinet, la période de rafraîchissement des données de l’IHM peut être réglée à 1 ms (synchronisée sur le cycle OB1 de l’API), ce qui permet une mise à jour « sans latence » des paramètres clés affichés à l’écran — charge, hauteur, vitesse, etc.
2. EtherCAT — l’Ethernet industriel à la latence la plus faible
EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology), développé par Beckhoff, utilise la technologie « processing on the fly » (lecture/écriture en vol) : lorsque le flux de données traverse chaque esclave, celui-ci lit ou écrit les données correspondantes en quelques microsecondes puis transmet le flux à l’esclave suivant. Le cycle EtherCAT peut descendre jusqu’à 100 μs (bien en dessous de la limite inférieure de 250 μs du Profinet IRT). Toutefois, dans le contexte d’une IHM de pont roulant, la fréquence de rafraîchissement est généralement réglée entre 1 et 5 ms (la perception visuelle humaine des changements à l’écran se limite à environ 16 ms / 60 fps). L’avantage de la faible latence d’EtherCAT se manifeste davantage dans la commande par variateur de fréquence que dans la communication IHM.
3. Modbus TCP — le protocole de référence pour la rénovation de ponts roulants existants
Modbus TCP est le protocole de communication industrielle le plus déployé au monde (sans équivalent), et il est pris en charge nativement par la quasi-totalité des API et IHM industriels. Son cycle de communication se situe entre 5 et 50 ms (selon le nombre de points de données interrogés par l’IHM et le temps de réponse de l’API), ce qui est largement suffisant pour les besoins de rafraîchissement d’une IHM (au-delà de 16 ms). Le principal atout de Modbus TCP réside dans son universalité et sa configuration zéro — dans un projet de rénovation de pont roulant existant, aucune extension matérielle ni bibliothèque logicielle n’est requise côté API : l’IHM accède directement aux adresses des registres internes de l’API via Ethernet. En mode Modbus TCP, le système KR-HMI de Kelude Industries Lourdes est configuré par défaut comme suit : 50 points de données interrogés, période de rafraîchissement de 20 ms, et détection automatique du mappage des adresses de registres de l’API côté IHM.
| Critère de comparaison | Profinet IRT | Ether CAT | Modbus TCP |
|---|---|---|---|
| Normeélaboration | PI(PROFIBUSinternational) | Ether CATgroupe technique(ETG) | Modbusorganisation |
| débit de transmission | 100Mbps | 100Mbps | 100Mbps |
| minimumtemps de cycle | 250μs | ≤100μs | 5ms(typique) |
| typique IHMtaux de rafraîchissement | 1ms | 1ms | 20ms |
| nombre maximal d | 256 | 65,535 | 247(IPlimitation) |
| IHMcoût matériel | moyen(nécessite Profinetpuce) | faible(Ether CATpuce esclave¥30) | minimal(Normeport Ethernet) |
| complexité de configuration | élevé(GSDfichier+configuration temporelle) | moyen(ESIfichier+configuration maître) | faible(registreadresse uniquement) |
| PLCcouverture de marques | Siemensprincipalement | Beckhoff/Inovance/Omron | quasi toutes les marques |
1ms Profinet IHMtaux de rafraîchissement et PLC OB1Synchronisation, gigue<1μs | 100μs Ether CATminimumtemps de cycle traitement pipeline station par station | 20ms Modbus IHMtaux de rafraîchissement 50interrogation point par point, existant Rénovationcoût nul |
100% PLCtaux de couverture des marques Kelude KR-IHMcompatible avec trois protocoles | double port Ethernet IHMréseau de contrôle+réseau d connexion via un seul réseau PLC, connexion via un seul réseau à la plateforme Big Data | 1jours Modbus Rénovationdélai IHMinstallation+configuration de communication+mise en service |
4. Stratégie de commutation de protocole et de mise en réseau hybride
Dans la pratique, il est fréquent de rencontrer des ponts roulants équipés de PLC de marques différentes au sein d'un même site (cas typique d'un parc machines en cours de rénovation progressive). Le système KR-HMI de Kelude prend en charge la connexion simultanée à deux protocoles via une configuration à double port Ethernet : le port 1 est dédié au réseau de contrôle Profinet/EtherCAT pour la communication temps réel avec le PLC, tandis que le port 2 est connecté au réseau d'information Modbus TCP pour l'échange avec la plateforme de données. Un moteur de conversion de protocole intégré à l'IHM uniformise les données issues des différents PLC dans un format de tags interne, rendant l'affichage indépendant du protocole sous-jacent. La latence de données entre les protocoles est la suivante : <5 ms sur les canaux Profinet/EtherCAT, et de 20 à 50 ms sur le canal Modbus TCP (pour des données non temps réel telles que le compteur de cycles de levage ou les statistiques de consommation, une latence de 50 ms est tout à fait acceptable).
Le système KR-HMI de Kelude est configuré en usine avec le protocole Profinet par défaut. Lors de la première mise sous tension, il est possible de basculer vers EtherCAT ou Modbus TCP via le menu de configuration. Cette commutation ne nécessite aucun changement matériel : il suffit de modifier le pilote de communication dans le logiciel d'ingénierie de l'IHM et de retélécharger le projet. Pour plus d'informations sur la conception des interfaces IHM, consultez Trois astuces pour optimiser la conception d'une interface IHM de pont roulant.
Exemple de configuration Profinet pour pont roulant
Exemple de configuration Profinet avec un PLC Siemens S7-1200 et une IHM KR-HMI : ① Créez un projet dans TIA Portal, ajoutez le CPU S7-1200 et configurez l'interface Profinet (adresse IP 192.168.1.10, masque de sous-réseau 255.255.255.0, nom de l'appareil ”kr-hmi-01″) ; ② Installez le fichier de description GSD de la KR-HMI à partir du fichier GSDML, faites glisser l'IHM dans la vue réseau et attribuez-lui le même nom d'appareil et la même adresse IP ; ③ Créez un bloc de données DB dans le PLC (par exemple ”DB_HMI_Data”) et définissez les variables que l'IHM doit lire/écrire (charge, hauteur, vitesse, courant, température, états d'alarme, etc., environ 50 variables) ; ④ Dans le logiciel d'ingénierie de l'IHM, sélectionnez le pilote Profinet, importez la liste de variables exportée depuis TIA et générez automatiquement le mappage des variables. Une fois la configuration terminée, le taux de rafraîchissement de l'IHM est de 1 ms par défaut (synchronisé avec le cycle OB85 du PLC), avec un délai de mise à jour des variables mesuré à <3 ms. L'ensemble du processus de configuration (TIA Portal + logiciel IHM) prend environ 2 heures pour un ingénieur expérimenté.
Exemple de configuration EtherCAT pour pont roulant
Exemple de configuration EtherCAT avec un PLC Inovance AC800 et une IHM KR-HMI : ① Créez un projet dans AutoShop et configurez le maître EtherCAT (adresse IP 192.168.2.10, masque de sous-réseau 255.255.255.0) ; ② Installez le fichier de description de l'esclave EtherCAT de la KR-HMI à partir du fichier ESI et ajoutez l'IHM en tant qu'esclave EtherCAT (l'adresse de l'esclave est attribuée automatiquement) ; ③ Créez le mappage PDO (Process Data Objects) – sens de lecture IHM : environ 100 octets de données d'entrée (charge, hauteur, vitesse, courant, température, etc.) ; sens d'écriture IHM : environ 50 octets de données de sortie (états des boutons, commutation de mode, valeurs de consigne, etc.) ; ④ Dans le logiciel d'ingénierie de l'IHM, sélectionnez le pilote EtherCAT et configurez la table de mappage des variables PDO. L'avantage clé d'EtherCAT est qu'il n'est pas nécessaire de configurer séparément une fenêtre de communication : le maître EtherCAT gère automatiquement la synchronisation cyclique, et la période de rafraîchissement des données de l'IHM est identique à celle du cycle du bus EtherCAT (généralement réglée à 1 ms). Kelude fournit des modèles de configuration KR-HMI pour ces deux types de PLC (fichiers de projet TIA Portal + fichiers de projet AutoShop). Les ingénieurs clients peuvent les importer directement, réduisant ainsi le temps de configuration initial de 2 heures à 15 minutes. Les modèles de configuration sont disponibles en téléchargement sur la page de documentation technique KR-HMI.
Rénovation Modbus TCP d'un pont roulant existant – table de configuration 50 points
Lors de la rénovation Modbus TCP de l'IHM d'un pont roulant existant, la configuration des 50 points de données les plus courants est la suivante : charge (registre de maintien 40001, unité 0,1 t), hauteur de levage (40002, unité 0,1 m), position du pont du pont roulant (40003~40004, unité mm, 32 bits), position du chariot (40005~40006, 32 bits), vitesse de levage (40007, unité m/min), vitesse de translation (40008), vitesse du chariot (40009), courant moteur phase U (40010, unité A), courant moteur phase V (40011), courant moteur phase W (40012), température moteur (40013, unité °C), température d'huile du réducteur (40014), état du frein (40015, bit0 = frein gauche ouvert, bit1 = frein droit ouvert, bit2 = usure gauche excessive, bit3 = usure droite excessive), état du limiteur de surcharge (40016, bit0 = pré-alarme à 110 %, bit1 = arrêt à 125 %), durée de fonctionnement cumulée (40017~40018, 32 bits, unité minute), nombre de cycles de levage cumulés (40019~40020, 32 bits), consommation d'énergie du jour (40021, unité kWh), code de défaut (40022), etc. Aucun programme de communication supplémentaire n'est requis côté PLC – l'IHM lit directement les adresses des registres internes du PLC. Kelude fournit un modèle Excel de table de mappage d'adresses Modbus 50 points (couvrant 90 % des données courantes des PLC de ponts roulants). Le client n'a qu'à renseigner l'adresse de départ des registres de son propre PLC pour finaliser la configuration en 15 minutes.
FAQ – Questions fréquentes
Q : Le taux de rafraîchissement de 20 ms en Modbus TCP est-il suffisant ?
A : Tout à fait. La perception humaine des changements de chiffres sur un écran IHM est limitée à environ 60 ms (16 images par seconde), donc un taux de 20 ms est trois fois supérieur à cette limite de perception. Dans le contexte d'une IHM de pont roulant, le goulot d'étranglement du Modbus TCP ne se situe pas dans le taux de rafraîchissement mais dans le temps de réponse du PLC. Si le temps de cycle de balayage du programme PLC est long (par exemple 50 à 100 ms), un réglage de rafraîchissement plus rapide sur l'IHM n'aura aucun effet. Il est recommandé de vérifier d'abord le cycle OB1 du PLC avant de régler le taux de rafraîchissement de l'IHM. La KR-HMI de Kelude utilise par défaut une période de rafraîchissement de 20 ms en mode Modbus TCP, compatible avec 80 % des PLC de ponts roulants (cycle OB1 typique de 10 à 50 ms).
Q : Peut-on mélanger EtherCAT et Profinet ?
A : Il n'est pas possible de les mélanger sur un même câble réseau (bien que les deux protocoles soient basés sur Ethernet, leurs trames de données et leurs mécanismes MAC diffèrent). Cependant, une même IHM peut être configurée avec deux ports Ethernet indépendants pour se connecter respectivement à un segment EtherCAT et à un segment Profinet. La KR-HMI de Kelude prend en charge cette configuration, mais nécessite la création de deux instances de pilotes de communication distinctes dans le logiciel d'ingénierie de l'IHM. Il est important de noter qu'aucun échange de données direct n'est possible entre les segments EtherCAT et Profinet (sauf via le mappage de tags internes de l'IHM). Cette isolation répond également aux exigences de cybersécurité en assurant une séparation physique entre le réseau de contrôle et le réseau d'information.
Q : Quel protocole est pris en charge par le PLC Mitsubishi FX5U ?
A : Les PLC de la série FX5U de Mitsubishi disposent d'un port Ethernet intégré et prennent en charge nativement les protocoles SLMP (Seamless Message Protocol) et MC (Mitsubishi Communication). Ils supportent également Modbus TCP via le bloc fonctionnel intégré. Le taux de rafraîchissement du SLMP est d'environ 5 à 10 ms, offrant de meilleures performances que Modbus TCP, mais il est limité à la communication entre équipements Mitsubishi. La KR-HMI de Kelude communique avec le FX5U via Modbus TCP. Procédure de configuration : activez la fonction serveur Modbus TCP sur le FX5U (port 502), puis créez le pilote Modbus TCP côté IHM et configurez le mappage des adresses de registres (les registres D de Mitsubishi correspondent aux registres de maintien Modbus à partir de l'adresse 400001).
Q : Que se passe-t-il en cas de perte de communication avec l'IHM ?
A : En cas de perte de communication avec la KR-HMI, toutes les données affichent ”—“ (valeur non numérique, évitant toute interprétation erronée comme un zéro par l'opérateur). Le voyant d'état de communication dans la barre supérieure de l'IHM passe du vert au rouge et clignote. La mémoire locale de l'IHM conserve la dernière donnée valide. Après 5 secondes de coupure, l'IHM tente automatiquement de se reconnecter (nouvelle tentative toutes les 2 secondes) et affiche une fenêtre contextuelle ”Communication interrompue” (non bloquante, l'opérateur peut la fermer et continuer à consulter d'autres pages). Dès le rétablissement de la communication, l'IHM synchronise automatiquement l'ensemble des données depuis l'automate (le rafraîchissement complet nécessite 2 à 5 cycles). Les protocoles Profinet et EtherCAT prennent en charge la fonction ”chien de garde de communication” (Watchdog) ; l'automate peut également surveiller l'état de communication de l'IHM et, en cas d'anomalie, maintenir automatiquement l'état actuel du pont roulant plutôt que de provoquer un arrêt — le principe de conception étant que ”l'IHM n'est qu'une fenêtre de surveillance et ne participe pas au verrouillage de sécurité”.
Le choix du protocole de communication pour l'IHM du pont roulant doit privilégier la compatibilité avec la marque de l'automate. Le système KR-HMI de Kelude prend en charge les trois protocoles Profinet, EtherCAT et Modbus TCP ; une seule IHM peut se connecter simultanément au réseau de contrôle et au réseau d'information. Pour obtenir la liste de compatibilité des protocoles KR-HMI (incluant les modèles de configuration de communication pour plus de 30 marques d'automates) ou pour une assistance au choix, contactez l'équipe technique de Kelude.
