Les systèmes de contrôle industriel (ICS – Industrial Control Systems) jouent un rôle essentiel dans de nombreux secteurs, notamment l’industrie manufacturière, l’énergie, le traitement de l’eau, les transports, le pétrole et le gaz.

Ces systèmes permettent de surveiller, contrôler et automatiser les processus industriels grâce à la communication entre les équipements de terrain, les automates programmables (PLC), les systèmes SCADA et les plateformes de supervision.

Contrairement aux réseaux informatiques classiques, les réseaux industriels doivent répondre à des exigences spécifiques : haute fiabilité, fonctionnement continu, faible latence, sécurité et compatibilité avec des équipements provenant de différents fabricants.

Les principaux protocoles des systèmes de contrôle industriel

Selon les applications, les industries utilisent différents protocoles de communication industrielle en fonction des besoins en performance, des infrastructures existantes et des équipements connectés.

Modbus

Modbus est l’un des protocoles industriels les plus utilisés dans les systèmes d’automatisation.

Disponible en plusieurs versions, notamment Modbus RTU, Modbus ASCII et Modbus TCP, il est largement utilisé pour connecter des automates PLC, des capteurs, des compteurs, des RTU et des systèmes SCADA.

Ses principaux avantages sont sa simplicité, sa facilité de configuration et sa large compatibilité avec les équipements industriels.

Cependant, les versions traditionnelles de Modbus ne disposent pas nativement de fonctions avancées de cybersécurité telles que le chiffrement ou l’authentification. Dans les environnements connectés, des solutions complémentaires peuvent donc être nécessaires pour renforcer la protection des communications.

OPC UA

OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) est un protocole moderne conçu pour faciliter l’échange sécurisé de données industrielles.

Il permet la communication entre les automates, les systèmes SCADA, les logiciels industriels, les équipements edge et les plateformes cloud.

Grâce à son modèle de données structuré, son indépendance vis-à-vis des fabricants et ses mécanismes de sécurité intégrés, OPC UA est devenu une technologie importante pour l’Industrie 4.0 et l’IIoT (Industrial Internet of Things).

Les protocoles Ethernet industriels

Avec la modernisation des usines, les protocoles Ethernet industriels sont de plus en plus utilisés pour répondre aux besoins de débit élevé, d’évolutivité et d’intégration réseau.

Parmi les protocoles les plus courants :

• PROFINET : largement utilisé dans l’automatisation des usines et les applications basées sur les automates industriels.
• EtherNet/IP : très présent dans les environnements industriels en Amérique du Nord.
• EtherCAT : conçu pour les applications nécessitant une communication rapide et déterministe, comme le contrôle de mouvement et la robotique.
• IEC 61850 : principalement utilisé dans les postes électriques numériques et les systèmes d’automatisation des réseaux électriques.

Ces protocoles offrent de meilleures performances que les anciennes technologies série, mais nécessitent souvent des équipements compatibles et des outils d’ingénierie spécifiques.

Les protocoles de communication dans les systèmes électriques

Les réseaux électriques utilisent des protocoles spécialisés pour assurer la communication entre les postes, les centres de contrôle et les équipements intelligents.

Les plus courants sont :

• DNP3 : utilisé dans les infrastructures électriques, les réseaux d’eau et les applications de télésurveillance.
• IEC 60870-5-101 : encore largement présent dans les installations électriques existantes utilisant des communications série.
• IEC 60870-5-104 : version basée sur Ethernet utilisée pour la téléconduite moderne.
• IEC 61850 : norme internationale pour l’automatisation des postes électriques numériques, avec des technologies comme GOOSE et Sampled Values.

Pourquoi l’intégration des protocoles industriels est-elle complexe ?

Dans les installations industrielles réelles, il est rare qu’un seul protocole soit utilisé dans l’ensemble du système.

Par exemple :

• Une usine peut utiliser des équipements Modbus RTU existants via RS-485, tandis que les nouveaux automates utilisent PROFINET ou EtherNet/IP.
• Une infrastructure électrique peut encore fonctionner avec IEC 60870-5-101 alors que le système de supervision utilise IEC 60870-5-104.
• Une installation de procédé peut combiner des instruments HART avec des systèmes Ethernet industriels modernes.

Ces différents protocoles utilisent des structures de données, des méthodes de communication et des supports physiques différents. Par conséquent, ils ne peuvent généralement pas communiquer directement sans solution d’intégration.

La conversion de protocoles pour connecter les réseaux industriels

Les passerelles industrielles (industrial gateways) sont souvent utilisées pour assurer la communication entre des équipements utilisant des protocoles différents.

Une passerelle de conversion de protocoles peut notamment :

• Convertir les données entre plusieurs protocoles industriels.
• Connecter des équipements anciens avec des systèmes d’automatisation modernes.
• Permettre l’intégration d’appareils provenant de différents fabricants.
• Faciliter la communication entre réseaux série, Ethernet industriel et applications cloud.

Pour de nombreux projets industriels, ces solutions permettent de moderniser progressivement les infrastructures existantes sans remplacer tous les équipements installés.

Certaines entreprises spécialisées dans les réseaux industriels proposent aujourd’hui des solutions de conversion prenant en charge des protocoles courants tels que Modbus, OPC UA, PROFINET, EtherCAT, IEC 60870-5-101/104, IEC 61850, DNP3 et CAN.

Conclusion

Il n’existe pas un protocole industriel unique adapté à toutes les applications.

Le choix du protocole dépend de nombreux facteurs : secteur d’activité, performances nécessaires, infrastructure existante, compatibilité des équipements et besoins futurs d’évolution.

Avec la multiplication des systèmes hybrides combinant équipements anciens et nouvelles technologies, l’interopérabilité devient un enjeu majeur. La compréhension des différents protocoles de contrôle industriel et l’utilisation de solutions fiables de conversion permettent de construire des réseaux industriels plus flexibles, évolutifs et performants.

Source : Article adapté du blog technique de COME-STAR sur les réseaux industriels → https://www.come-star.com/fr/blog/industrial-control-system-protocols/