À mesure que les usines de fabrication, les services publics et les systèmes d’infrastructure adoptent de plus en plus de nouvelles technologies numériques, il est croissant de nécessaire de combler le fossé entre les systèmes informatiques de surface d’usine et les systèmes de machines, capteurs et de contrôle. À cet égard, la solution de passerelle industrielle est la base la plus importante d’un système IIoT sécurisé et extensible.
Cet article présente une analyse approfondie d’une solution passerelle, de son association avec d’autres systèmes, de sa modularité et d’extensibilité, ainsi que de l’importance de ces fonctionnalités pour les applications industrielles.
La solution de passerelle industrielle expliquée
Une solution de passerelle industrielle combine matériel et certains logiciels propriétaires pour connecter des systèmes industriels disparates à des réseaux d’entreprise ainsi qu’à des services cloud. Contrairement à un routeur de bureau standard, une solution de passerelle industrielle est conçue pour le sol d’usine ou les emplacements de terrain, ainsi que pour des environnements plus robustes, prenant en charge différents protocoles de communication et le traitement des données en temps réel.
En ce sens, vous devriez imaginer une passerelle industrielle comme un dispositif de calcul en périphérie pour l’infrastructure réseau de passerelle, ainsi que pour la mise en forme et la priorisation des paquets.
Les principales caractéristiques incluent
• Construction robuste pour résister aux vibrations extrêmes, à la poussière et à un environnement électromagnétique incluant des câbles robustes.
• Flexibilité dans la façon dont il se connecte àCellulaire/NB-IoT, Wi-Fi, Ethernet, et plus encore.
• De nombreuses passerelles industrielles utilisent des processeurs quad-core basés sur ARM pour gérer la cybersécurité, la traduction de protocoles et l’analyse locale.
Composants principaux d’une solution de passerelle industrielle
Il existe de nombreuses façons d’intégrer la technologie opérationnelle avec la technologie de l’information grâce aux passerelles industrielles. En voici quelques-uns.
• Grégation de données - Compile les données provenant de différents capteurs, compteurs et contrôleurs industriels sur un même site.
• Protocole - Modbus RTU/TCP, PROFINET, EtherCAT et OPC UA sont modifiés pour MQTT, HTTP ou d’autres formats adaptés au cloud.
• Traitement en périphérie - L’agrégation, le filtrage et la compression des données se produisent sur la périphérie, ce qui réduit la charge sur le cloud computing et permet d’économiser de la bande passante.
• Communication sécurisée - La combinaison d’authentification, de chiffrement et de pare-feux garantit la sécurité des réseaux industriels, en particulier à la frontière entre la technologie opérationnelle et l’informatique, ou lorsque les réseaux sont déconnectés d’Internet.
• Stockage et transfert de données - Les données sont stockées temporairement dans la direction nord afin de conserver des données qui seraient autrement perdues en cas de défaillance de la connexion, et la transmission est effectuée automatiquement lors du rétablissement du service.
• Gestion des appareils - Les dispositifs de terrain peuvent être surveillés et mis à jour à distance sans nécessiter de visite de site.
Technologies clés qui sous-tendent les portails industriels contemporains
Les développements technologiques récents permettent aux passerelles industrielles actuelles de combiner plusieurs fonctionnalités puissantes telles que l’edge computing, la prise en charge de plusieurs protocoles, la sécurité intégrée, le tout dans un format robuste et prêt pour le terrain.
1) Prise en charge multi-protocole
De nombreux protocoles de communication industriels sont utilisés. Ils incluent, sans s’y limiter, Modbus RTU/TCP, PROFINET, EtherCAT, BACnet, DNP3, OPC UA et MQTT. Une bonne solution de passerelle industrielle comportera les piles de protocoles côté OT pour se connecter à un API, un capteur ou un contrôleur, ainsi que les piles côté informatique pour se connecter à un service cloud ou un système d’entreprise. La valeur de la passerelle réside dans sa conversion de protocole.
2) Informatique en pointe et analytique locale :
Les passerelles modernes peuvent effectuer un certain niveau de traitement sur l’appareil pour limiter la quantité de données envoyées au cloud. Cela se fait par filtrage des contours, où seules les données significatives (c’est-à-dire que la valeur a dépassé un certain seuil) sont envoyées. Cela peut réduire la quantité de données envoyées jusqu’à 90 % dans plusieurs cas d’utilisation de la télémétrie. L’informatique en périphérie permet de déclencher des alertes pour des indicateurs opérationnels et d’effectuer des actions de contrôle sans le cloud.
3) Intégration de la connectivité cellulaire :
Pour les actifs distribués, tels que les compteurs de services publics ou les stations de pompage à distance, la connectivité cellulaire est souvent la solution la plus pratique. Les passerelles industrielles équipées d’un modem cellulaire embarqué (4G LTE et de plus en plus 5G) offrent une connectivité large zone utile sans infrastructure fixe. Des fonctionnalités telles que la double SIM en veille et le basculement automatique entre cellulaire, Ethernet et Wi-Fi améliorent la fiabilité d’une passerelle.
4) Fonctionnalités de cybersécurité
L’interconnexion croissante des réseaux industriels a fait passer la sécurité de l’arrière-plan à la conception grand public. Une solution de passerelle industrielle inclut le chiffrement matériel, les règles de pare-feu, les listes de contrôle d’accès, ainsi que la prise en charge des VPN. Les solutions avancées intègrent également la segmentation réseau et le DPI pour séparer les réseaux de contrôle critiques des réseaux externes plus fiables. La conception des passerelles est également positivement corrélée aux technologies de segmentation et DPI qui intègrent une politique de Zero Trust dans les réseaux industriels, selon laquelle chaque composant est responsable de l’authentification et du chiffrement des données.
Tendances du marché et facteurs de croissance pour les solutions de passerelle industrielle
La demande pour des solutions de passerelle industrielle a rapidement augmenté. Le marché des passerelles IoT industrielles, par exemple, est estimé à 450 milliards de dollars en 2025 et devrait atteindre 647 milliards de dollars en 2032, avec un taux annuel composé composé de 5,33 %. Le marché des passerelles de communication industrielles a un champ d’action plus restreint et devrait passer de 2,64 milliards de dollars en 2025 à 4,35 milliards de dollars d’ici 2032, avec un TCAC de 7,40 %.
Les facteurs suivants ont stimulé la croissance rapide des solutions de passerelles industrielles :
• L’adoption de systèmes de maintenance prédictive : Une solution de passerelle industrielle permet de surveiller l’état des machines et de prédire les défaillances, éliminant ainsi les arrêts imprévus.
• L’adoption de l’industrie 4.0 et des usines intelligentes : Dans les installations de fabrication ayant numérisé leur fonctionnement, la nécessité de connecter les équipements anciens aux systèmes informatiques plus récents est devenue plus critique. Les passerelles servent de lien d’automatisation dans les projets en friandes.
• Expansion du réseau intelligent et des déploiements AMI/AMR : Des systèmes d’infrastructure avancée de comptage (AMI) et de lecture automatisée des compteurs (AMR) sont déployés à grande échelle par les services publics. Dans ces réseaux, les solutions de passerelle industrielle combinant connectivité cellulaire et traduction de protocoles (pour DLMS/COSEM, Modbus et autres protocoles utilitaires) sont des éléments clés du réseau.
• Intégration IA en périphérie : Plusieurs passerelles industrielles incluent des moteurs d’inférence IA. Cela signifie que ces passerelles peuvent effectuer des fonctions analytiques, telles que la détection d’anomalies, directement sur l’appareil, et éviter la nécessité de transmettre des flux vidéo ou de capteurs vers le cloud.
Solutions de passerelle industrielle et leurs utilisations
Quelles sont les applications des solutions de passerelle industrielle dans divers secteurs ?
1) Fabrication intelligente
Les passerelles relient des automates programmables (API), des machines à commande numérique (CNC), des dispositifs robotiques et des systèmes de vision, soit sur le plancher d’atelier, soit dans le cloud. Les solutions Gateway offrent la capacité d’effectuer des conversions logiques et de protocoles (par exemple, PROFINET vers MQTT), de consolider les données de l’atelier et d’aider à la conception de tableaux de bord de données en temps réel à utiliser par les superviseurs lors de leurs opérations de plateau d’atelier.
2) Réseaux publics et sous-stations
Dans les réseaux de distribution électrique, les passerelles consolident les données provenant des unités terminales distantes (RTU), des relais de protection et des dispositifs de comptage intelligent. Ils convertissent IEC 61850, DNP3 ou Modbus en protocoles cloud sécurisés pour la surveillance contrôlée à distance des ressources énergétiques distribuées.
3) Gestion de l’eau et des eaux usées
Les stations de pompage distantes, les stations de traitement et les passerelles cellulaires s’intègrent avec des interfaces série (RS-485 Modbus RTU) aux systèmes SCADA et rapportent les niveaux de débit, de pression et de produits chimiques.
4) Villes intelligentes
Les contrôleurs de feux de circulation ainsi que les capteurs environnementaux et sonores sont des exemples d’appareils qui gèrent la nature distribuée des ressources urbaines. Une passerelle industrielle avec 4G et 5G peut connecter des dispositifs de terrain aux systèmes de gestion de la ville.
5) Sites d’énergie renouvelable
Les parcs solaires et éoliens industriels éloignés peuvent utiliser des portails industriels pour résister à des conditions de champ difficiles. Ils peuvent facilement communiquer les données de terrain via des réseaux cellulaires.
Résumé
Une solution de passerelle industrielle intègre l’équipement industriel aux systèmes informatiques grâce à l’agrégation de données et à la transformation de protocoles, l’informatique en périphérie et des connexions sécurisées. Il construit les bases de l’automatisation et des réseaux intelligents et permet un écosystème plus large d’automatisation industrielle et de maintenance prédictive. À mesure que la 5G et les Constructs Zero Trust se développent, l’importance de la passerelle s’amplifie. Pour les ingénieurs et les professionnels des achats, la connaissance du traitement en bord, du support des protocoles, de la robustesse industrielle et de l’environnement industriel sécurisé est essentielle pour fournir des systèmes IoT industriels efficaces et résilients.
Questions fréquemment posées
Q : Quelle est la plus grande différence entre un routeur standard et une passerelle industrielle ?
R : Un routeur standard envoie des paquets IP, tandis que les passerelles industrielles convertissent des protocoles (comme Modbus en MQTT), effectuent le traitement en périphérie, et sont conçues pour résister aux conditions extrêmes.
Q : Est-il possible d’utiliser une passerelle industrielle sur des systèmes plus anciens s’ils n’ont que des ports série ?
R : Absolument. Les passerelles industrielles disposent à la fois d’interfaces RS-232 et RS-485 pour les PLC, compteurs, contrôleurs et autres équipements hérités.
Q : Avec une passerelle industrielle, aurais-je besoin de produits de sécurité supplémentaires ?
R : En général, non. Les passerelles industrielles disposent de pare-feux, d’un VPN intégré avec IPsec/OpenVPN, du chiffrement matériel et du contrôle d’accès comme fonctionnalité standard.
Q : Quelles options cellulaires sont disponibles ?
R : La plupart des passerelles proposent 4G LTE, 5G et NB-IoT. Plusieurs passerelles disposent de Dual SIM en veille, et le basculement sur cellulaire, Ethernet et Wi-Fi est intégré.
Q : Quelle est la réduction maximale de la quantité de données transmises, grâce au filtrage des contours ?
R : Dans plusieurs applications de télémétrie, envoyer simplement les modifications dépassant le seuil défini peut réduire les données envoyées jusqu’à 90 %.
