Pourquoi n'existe-t-il pas pour le S7-1500 de maître AS-i comme le CP 343-2 du S7-300 ?

La documentation Siemens examinée ne contient aucun maître AS-i enfichable en centrale pour le S7-1500. La voie attestée passe par la périphérie décentralisée : le CM AS-i Master ST (3RK7137-6SA00-0BC1), module de 20 mm dans un ET 200SP, raccordé à la CPU par PROFINET. À défaut, des passerelles tierces amènent AS-i directement sur PROFINET ou PROFIsafe.

Quelle est la rapidité d'un bus AS-i ?

Un cycle de bus AS-i adresse 1 à 31 esclaves, ce qui donne, selon le manuel d'appareil Siemens, un temps de cycle de bus maximal de 5 ms. Deux esclaves à adressage étendu portant la même valeur numérique en adresse A et en adresse B sont interrogés sur deux cycles consécutifs. ASi-5 atteint 1,2 ms pour un maximum de 24 participants, mais exige un maître étendu.

Que signifient LPS, LDS et LAS sur un maître AS-i ?

LPS est la liste des esclaves configurés, LDS celle des esclaves détectés et LAS celle des esclaves actifs. En mode protégé, le maître n'active que les esclaves de la LPS et signale tout écart comme erreur de configuration — il ne connaît que trois cas : un esclave en trop, un esclave manquant, un esclave de type erroné. Comparer ces trois listes est la première étape de toute recherche de défaut AS-i.

IO-Link est-il un bus de terrain ?

Non. IO-Link est une interface point à point entre un maître IO-Link et un capteur ou actionneur unique. Le participant au bus est le maître, lui-même raccordé à PROFINET ou PROFIBUS ; l'appareil IO-Link n'est pas sur le bus de terrain. L'intérêt réside dans le paramétrage et le diagnostic d'appareils individuels, non dans la vitesse.

Qui réalise la mise en service AS-i en Sarre ou au Luxembourg ?

Prybisch Automation, établi à Stadtbredimus (Luxembourg), assure la mise en service, la recherche de défauts et le rétrofit d'installations Siemens comportant des tronçons AS-i, PROFIBUS et PROFINET dans la zone d'intervention Saar-Lor-Lux : Luxembourg, Sarre, région de Trèves et Grand Est.

Bus de terrain Siemens : AS-i, PROFINET et PROFIBUS

Un bus de terrain est un système de communication industriel qui relie capteurs, actionneurs et périphérie décentralisée à un automate par une ligne commune, au lieu de câbler chaque signal séparément. Il transmet cycliquement les données de process, souvent aussi les paramètres et le diagnostic, et fixe ainsi la topologie, les longueurs de ligne et les temps de réaction d'une installation. Dans les installations Siemens, les représentants courants sont PROFINET, PROFIBUS DP, AS-Interface, IO-Link et Modbus TCP.

Dans la pratique, on rencontre rarement un seul bus, mais un mélange né au fil des années : PROFINET vers la périphérie décentralisée, un tronçon PROFIBUS de l'époque précédente, un câble plat AS-i jaune le long des convoyeurs, une bascule en Modbus TCP. Cet article classe ces systèmes du point de vue de celui qui met en service — pour les chefs de projet qui mandatent un prestataire externe et pour les équipes de maintenance dont plus personne n'explique entièrement l'architecture bus : comment chaque bus se raccorde à un S7-1200 ou un S7-1500, ce qui échoue typiquement à la mise en service, et à quoi on le reconnaît.

Schéma de topologie d'une installation Siemens : S7-1500 comme contrôleur IO PROFINET, une ET 200SP avec CM AS-i Master ST et câble plat AS-i jaune vers capteurs et actionneurs, un maître IO-Link avec trois appareils IO-Link et un coupleur PROFIBUS vers le segment DP de l'installation existante

1.PROFINET : la colonne vertébrale à laquelle tout le reste est accroché

PROFINET est le principal protocole Industrial Ethernet sous l'égide de PROFIBUS & PROFINET International (PI), actuellement en spécification V2.5. Il connaît trois niveaux temps réel — RT, IRT (isochrone) et TSN — et couvre les domaines d'application par des profils : PROFIsafe pour les données relatives à la sécurité, PROFIdrive pour les entraînements, PROFIenergy et PROFIprocess. Côté raccordement s'ajoutent notamment SPE et APL.

Sur un S7-1200 ou un S7-1500, PROFINET est le cas normal : la CPU est contrôleur IO, la périphérie décentralisée comme l'ET 200SP constitue les appareils IO. La configuration dans TIA Portal n'a rien de spectaculaire — c'est précisément pourquoi les mêmes défauts reviennent à la mise en service :

Le nom d'appareil, pas l'adresse IP. PROFINET adresse par le nom d'appareil, non par l'adresse IP. Un appareil remplacé sans nom attribué reste muet alors qu'il est joignable sur le réseau et que sa LED est verte.
Topologie configurée mais non câblée. Des relations de voisinage entretenues permettent le remplacement d'un appareil sans console de programmation — et produisent un défaut au démarrage dès que quelqu'un inverse deux cordons.
Temps de mise à jour trop ambitieux. Réglé trop court, il produit des défaillances sporadiques de station qui ressemblent, en exploitation, à un défaut matériel.

En contrepartie, la voie de diagnostic est la plus confortable de tous les bus cités ici : état en ligne dans TIA Portal, tampon de diagnostic de la CPU, diagnostic système intégré — et, pour les défauts sporadiques, une capture réseau qui tourne en parallèle.

2.PROFIBUS DP : l'existant qui continue de tourner

PROFIBUS DP est le bus de terrain classique le plus répandu : PI recense 67,4 millions d'appareils installés fin 2022, normalisé dans la CEI 61158. Sa particularité est sa portée sur les deux mondes — automatisation manufacturière et de process fonctionnent avec un seul protocole de communication sur le même câble, là où d'autres bus ont besoin d'un second système. Le profil PROFIBUS PA en est à la V3.02.

Sur un S7-1500, PROFIBUS DP n'est pas un modèle en fin de vie mais une interface comme une autre : les esclaves DP apparaissent comme périphérie décentralisée dans la mémoire image. Les défauts typiques sont les mêmes depuis des décennies et presque toujours physiques — une résistance de terminaison manquante ou une terminaison active supplémentaire au mauvais bout, une dérivation trop longue, une reprise de blindage négligée, une adresse de station attribuée deux fois après un remplacement d'appareil. La recherche de défaut porte donc ici sur la ligne, pas sur le programme : raccorder un moniteur de bus, compter les répétitions de télégrammes, ouvrir le segment.

3.AS-Interface : le câble plat jaune au niveau du terrain

AS-Interface (AS-i) est un bus de terrain mono-maître pour le niveau capteurs-actionneurs, normalisé selon la CEI 62026-2 et porté par l'AS-International Association, dont le siège est à Gelnhausen (Allemagne). Un maître interroge cycliquement jusqu'à 62 esclaves, avec 4 bits de données utiles par télégramme ; les données et l'énergie transitent par le même câble plat jaune non blindé à deux conducteurs. L'association fait état de plus de 36 millions de nœuds installés.

La technique de raccordement explique pourquoi AS-i se maintient si obstinément dans les installations existantes : deux pointes percent l'isolant du câble plat profilé — pas de dénudage, pas d'outil, pas de point de dérivation figé. La topologie est libre : ligne, étoile, arbre, anneau. Selon le manuel d'appareil Siemens, la ligne AS-i peut atteindre 100 m en topologie libre, 200 m avec un Extension Plug ; au-delà, des répéteurs étendent le système. Comptent dans cette longueur toutes les lignes posées dans le segment, dérivations et départs compris — et non le trajet le plus long. Deux valeurs circulent pour la tension nominale ; le manuel Siemens atteste les deux comme configurables, puisque la détection d'adresses doubles se règle au choix en variante 30 V ou 24 V. Les actionneurs sont habituellement alimentés par une ligne 24 V distincte.

3.1.AS-i sur S7-1500 : la rupture du maître lors d'un rétrofit

C'est là que se situe la principale différence matérielle entre les générations d'automates. Pour le S7-300, le CP 343-2 enfichable en centrale était la voie standard ; pour le S7-1500, la documentation Siemens examinée ne contient aucun maître AS-i enfichable en centrale. La voie attestée passe par la périphérie décentralisée :

CM AS-i Master ST (3RK7137-6SA00-0BC1) dans un ET 200SP, raccordé par PROFINET : maître AS-i conforme à la spécification 3.0, largeur 20 mm, BaseUnit nécessaire. Les entrées et sorties numériques se trouvent dans la mémoire image cyclique, les analogiques également à partir du firmware V1.1, ou de façon acyclique par enregistrement.
CM 1243-2 pour le S7-1200, alimenté par le bus de communication de la CPU, pour un maximum de 31 esclaves standard, occupant 62 octets d'espace d'adressage ; la configuration dans STEP 7 est obligatoire.
Passerelles tierces, par exemple de Bihl+Wiedemann, qui amènent ASi-5/ASi-3 directement sur PROFINET, PROFIsafe, EtherCAT, EtherNet/IP ou Modbus TCP — temps de cycle constant de 1,27 ms pour 384 bits d'entrée plus 384 bits de sortie, avec moniteur de sécurité intégré en option.

Le piège de l'espace d'adressage dans l'ET 200SP

Le CM AS-i Master ST occupe 32 octets d'espace d'adressage (firmware V1.0), et jusqu'à 288 octets à partir de la V1.1. Un module d'interface IM 155-6 PN ST met au maximum 256 octets à disposition. Avec le réglage à 32 octets, jusqu'à huit modules maîtres tiennent donc dans une station — tandis qu'un seul module en configuration complète à 288 octets n'y tient plus du tout. Ce calcul relève de la planification matérielle, pas de la semaine de mise en service.

L'attente en matière de temps de réaction compte tout autant. Un cycle de bus adresse 1 à 31 esclaves, d'où un temps de cycle de bus maximal de 5 ms ; les paires d'adresses A/B sont interrogées automatiquement sur deux cycles consécutifs. Qui espère, lors d'un rétrofit, obtenir des réactions plus rapides du niveau terrain grâce à un S7-1500 performant trouvera la limite sur le segment AS-i, pas dans la CPU.

3.2.Ce que signale le maître AS-i — et comment le lire

Le diagnostic repose sur trois listes que l'on compare à chaque mise en service : LPS (esclaves configurés), LDS (esclaves détectés) et LAS (esclaves actifs). En mode configuration, le maître ne signale pas les erreurs de configuration comme alarme au système supérieur ; en mode protégé, il n'active que les esclaves figurant dans la LPS et signale tout écart. Il ne connaît que trois erreurs de configuration : un esclave en trop, un esclave manquant, un esclave de type erroné. Comme défaut de câble AS-i, il signale un défaut à la terre, une tension AS-i trop faible et un défaut de périphérie sur un esclave.

Les indicateurs se trouvent directement sur le module : CER pour l'erreur de configuration, EFD pour le défaut à la terre, APF (AS-i Power Fail) pour une tension d'alimentation trop faible. Un LDS.0 activé est le symptôme classique d'un esclave neuf non encore adressé — adresse 0. Les compteurs d'erreurs font une distinction nette : un esclave actif n'est considéré comme défaillant qu'après six appels maître consécutifs sans réponse ; un télégramme d'esclave manquant isolé incrémente le compteur mais n'interrompt pas les données de process. C'est précisément ce compteur que l'on relève avant la réception — il révèle une liaison qui faiblit bien avant la défaillance de l'esclave. Deux fonctions facilitent en outre l'exploitation : la détection d'adresses doubles et la programmation automatique d'adresse, qui attribue d'elle-même l'adresse configurée à un esclave remplacé, si bien que la maintenance change un module défectueux sans terminal d'adressage.

Constat le plus fréquent sur un réseau AS-i : l'installation, pas le programme

Les défauts AS-i les plus laborieux sont les défauts à la terre sporadiques. La localisation se fait à la main : ouvrir les lignes une à une, mesurer la tension par rapport à la terre (valeur de consigne ±15 V), puis débrancher esclave après esclave. La cause la plus fréquente est une erreur d'installation, en particulier un couplage involontaire avec le 24 V CC de la technique de commande standard. Et certains contrôleurs d'isolement réagissent aux perturbations CEM et signalent un défaut à la terre qui n'en est pas un. La VDI/VDE 2184, « Exploitation et maintenance fiables des systèmes de bus de terrain », constitue une bonne base d'exploitation.

3.3.Safety at Work et la voie vers ASi-5

Les composants relatifs à la sécurité — arrêts d'urgence, verrouillages de porte, barrières immatérielles — fonctionnent avec AS-i Safety at Work sur le réseau AS-i normal : techniquement un second protocole de transmission sur le même câble, qui exige son propre moniteur de sécurité. Sont atteints le SIL 3 selon la CEI 61508 et le niveau de performance e (PL e) selon l'EN ISO 13849-1 ; les concepts ont été évalués positivement par le TÜV et par l'Institut pour la sécurité au travail de la DGUV. Données standard et données F partagent donc une ligne, mais pas la responsabilité — l'évaluation de la fonction de sécurité reste du ressort de l'exploitant et du constructeur de la machine.

ASi-5, présenté en 2018, étend le système sans rupture : 1,2 ms de temps de cycle pour un maximum de 24 participants (96 participants ensuite à 5 ms), et jusqu'à 1 536 entrées et sorties binaires par adresse Ethernet. Point décisif pour les installations existantes : les composants ASi-3 et ASi-5 cohabitent sur le même câble plat jaune, seul un maître ASi-3/ASi-5 étendu est nécessaire.

4.IO-Link : pas un bus, mais la couche en dessous

IO-Link est une interface point à point entre un maître IO-Link et un capteur ou actionneur unique, normalisée sous l'égide du consortium IO-Link avec sa propre normalisation CEI et complétée par les branches IO-Link Safety et IO-Link Wireless. Les descriptions d'appareils (IODD) sont distribuées de façon centralisée par le consortium via l'IODDfinder. Le maître est le participant au bus — l'appareil IO-Link lui-même n'est pas sur le bus de terrain.

Pour la mise en service, cette répartition des rôles est le point clé : dans TIA Portal, on configure le maître comme module de la périphérie décentralisée, les paramètres d'appareil arrivant par l'IODD. Le gain n'est pas la vitesse — un capteur se paramètre sans qu'on y touche et signale davantage que « signal présent / signal absent ». La recherche de défaut se déplace en conséquence de la ligne vers la correspondance entre port, version d'IODD et longueur des données de process : un appareil dont la révision d'IODD diffère livre ses données de process à la mauvaise position d'octet — dans le programme, cela ressemble à un capteur défectueux.

5.Modbus TCP : le plus petit dénominateur commun

Modbus a été introduit en 1979 par Modicon et est porté aujourd'hui par la Modbus Organization, une association à but non lucratif indépendante des fabricants. Elle décrit Modbus comme un standard de fait et le protocole réseau le plus utilisé dans l'environnement industriel manufacturier ; les analystes du secteur comptent plus de 7 millions de nœuds Modbus rien qu'en Amérique du Nord et en Europe. Le protocole n'est pas spécifique à une branche — le dénominateur commun est sa structure de messagerie.

Dans les installations Siemens, Modbus TCP est rarement la colonne vertébrale et presque toujours le pont : vers une bascule, un compteur d'énergie, un compresseur ou une machine tierce qui ne parle pas PROFINET. Le S7-1200 et le S7-1500 travaillent pour cela via des blocs de bibliothèque, au choix comme client ou comme serveur. Le protocole étant délibérément léger, l'effort ne porte pas sur la liaison mais sur l'interprétation : adresses de registres, comptage à partir de 0 ou de 1, ordre des octets et des mots, mise à l'échelle des valeurs brutes. Un mot inversé dans un compteur 32 bits est le grand classique — la valeur paraît plausible et ne l'est pas.

6.EtherCAT : pourquoi il ne figure ici que pour délimiter

EtherCAT a été développé par Beckhoff, présenté en avril 2003 et divulgué dans la CEI 61158 ; les objectifs de développement portaient sur des temps de cycle inférieurs à 100 µs avec une gigue inférieure à 1 µs. Cela est obtenu par le « processing on the fly » : chaque participant lit au passage les données qui lui sont adressées et écrit les siennes dans la même trame — taux de données utiles supérieur à 90 pour cent, aucune pile TCP/IP dans le chemin cyclique, identification par l'EtherType 0x88A4. Dans une installation Siemens, EtherCAT se présente donc le plus souvent comme un îlot étranger : un module machine d'un fournisseur, doté de son propre automate et raccordé par une passerelle. Ce qui compte alors pour l'intégration n'est pas le segment lui-même, mais l'interface de données au-dessus.

7.Les bus en comparaison

Bus	Topologie	Participants	Temps de cycle	Emploi typique	Statut au rétrofit
PROFINET	Industrial Ethernet, commuté	—	trois niveaux temps réel : RT, IRT, TSN	colonne vertébrale, périphérie décentralisée, entraînements, sécurité	système cible de la migration
PROFIBUS DP	—	—	—	périphérie existante ; manufacturier et process sur un câble	passerelle proxy ou recâblage
AS-Interface	libre : ligne, étoile, arbre, anneau ; 100 m par segment, 200 m avec Extension Plug, répéteurs au-delà	jusqu'à 62 esclaves (31 standard ou 62 avec adresses A/B), 4 bits par télégramme	5 ms max. ; paires A/B sur deux cycles	niveau capteurs-actionneurs, alimentation de PROFINET ; sécurité jusqu'au SIL 3 / PL e	l'installation de terrain reste, le maître change
IO-Link	point à point, maître vers appareil	un appareil par port	—	paramétrage et diagnostic de capteurs/actionneurs individuels	additif, maître sur le bus existant
Modbus TCP	Ethernet	—	—	couplage vers compteurs, bascules, machines tierces	reste le plus souvent inchangé
EtherCAT	—	—	objectif ≤ 100 µs, gigue ≤ 1 µs	motion control, modules machine tiers	raccordé par passerelle

« — » signifie ici : non attesté dans les sources primaires sous-jacentes — et non « n'existe pas ».

8.Réalité du rétrofit : ce qu'il advient du bus lors du changement d'automate

PROFIBUS DP sur un nouvel automate. La voie standard n'est pas le remplacement, mais la passerelle proxy. Un IE/PB LINK intègre les esclaves DP existants dans un réseau PROFINET ; du point de vue du contrôleur IO, ils se comportent alors comme des appareils IO à interface Ethernet. La version IE/PB LINK HA accepte jusqu'à 64 esclaves DP en tant qu'appareil PROFINET S2, les entrées et sorties DP étant limitées à 2 048 octets. Cela autorise une migration progressive, mais coûte un composant supplémentaire dans la chaîne de diagnostic — en cas de défaut, il faut toujours établir si le problème se situe en amont ou en aval du coupleur. Là où une partie de l'installation est de toute façon remaniée, le recâblage vers PROFINET est la solution la plus propre ; là où un tronçon DP fonctionnel peut rester intact, la passerelle est la plus économique. Siemens décrit cette voie dans son guide de migration S7-300/400 vers S7-1500 (article SIOS 109478811).

Continuer d'exploiter un parc AS-i sur un S7-1500. C'est possible sans toucher à l'installation de terrain : câble plat, connexions à perforation et esclaves restent en place tant qu'un maître conforme à la spécification 3.0 est utilisé — l'interchangeabilité entre fabricants est l'objectif explicite de la certification par l'AS-International Association. Seul le maître change obligatoirement : du CP 343-2 central du S7-300 vers le CM AS-i Master ST dans un ET 200SP ou vers une passerelle tierce. Pour cette voie, Siemens met en avant le diagnostic système intégré des réseaux AS-i au sein de la station ET 200SP et positionne AS-i non pas en concurrent de PROFINET, mais en tant qu'alimentation économique de celui-ci.

Ce qu'il advient du bus lors d'un rétrofit S5 ou S7-300. L'architecture bus relève de l'état des lieux, pas de la mise en service : quels esclaves sont réellement sur le réseau, lesquels ne figurent que dans l'ancienne configuration, quel maître alimente quel segment, et l'espace d'adressage de la nouvelle station suffit-il ? Le déroulement d'un tel projet est décrit dans l'article Rétrofit S5 et S7-300 : migration vers S7-1500 + WinCC Unified ; la prestation elle-même figure sous rétrofit d'automates. Dans la Grande Région Saar-Lor-Lux, on rencontre fréquemment des installations du début des années 2000 où PROFIBUS et AS-i ont grandi côte à côte — le changement d'automate est le moment réaliste pour assainir cette structure.

9.Ce qu'un prestataire externe de mise en service doit apporter

Les outils. Une console de programmation avec TIA Portal suffit pour le diagnostic PROFINET et la mémoire image — elle ne suffit pas pour la ligne. Il y faut en plus un appareil de mesure de la tension par rapport à la terre sur le segment AS-i, un moniteur de bus ou une capture réseau pour PROFINET et PROFIBUS, un terminal d'adressage pour les esclaves AS-i et, pour les défauts sporadiques, un appareil de diagnostic installé à demeure qui enregistre chronologiquement tension, temps de cycle, répétitions de télégrammes et défaillances d'appareils. Les défauts sporadiques ne se trouvent pas par la présence, mais par l'enregistrement.

La démarche. D'abord la physique, ensuite la logique : mesurer et consigner segment par segment avant que le programme ne soit soupçonné — pour AS-i, cela veut dire vérifier l'alimentation et le niveau de tension, compter les longueurs de segment y compris toutes les dérivations, comparer la LPS avec la LDS et la LAS, relever les compteurs d'erreurs. Ensuite le test fonctionnel : chaque esclave stimulé individuellement, chaque réaction vérifiée. Dans mes propres projets comportant des segments AS-i sur des automates S7-300 et S7-1500, le temps consacré à ce mesurage a presque toujours été plus court que celui que coûte une cause mal devinée.

La documentation de remise. Ce qui doit rester chez l'exploitant s'énumère brièvement et n'est pourtant souvent pas livré : liste des esclaves avec adresse, type, profil et lieu d'implantation ; synoptique des segments avec longueurs de ligne, alimentations et répéteurs ; procès-verbal de mesure et d'essai par segment ; correspondance entre adresses de bus et mnémoniques du projet TIA ; jeux de paramètres des appareils IO-Link avec la version d'IODD. Celui qui remplacera plus tard un module n'aura alors pas à reconstituer ce qui s'y trouvait.

Quatre questions à poser à un prestataire avant de commander

Quels systèmes de bus mesurez-vous vous-même — et avec quels appareils ? Est-ce que je reçois un procès-verbal de mesure par segment ? Comment documentez-vous l'affectation des esclaves ? Qui répond des fonctions de sécurité sur le bus, et quels justificatifs fournissez-vous à ce sujet ?

10.Conclusion

C'est le niveau terrain qui détermine la vitesse et la fiabilité d'une installation — pas la CPU. Un S7-1500 ne rend pas un segment AS-i plus rapide que 5 ms, et une passerelle proxy ne guérit pas un tronçon PROFIBUS mal terminé. La bonne nouvelle pour les installations existantes : l'installation de terrain survit en règle générale au changement d'automate — ce qui change, c'est le maître.

Une installation dont l'architecture bus a grandi au fil des années ?

Vous préparez une mise en service ou un rétrofit et vous ne savez pas ce que deviendront vos tronçons PROFIBUS, AS-i ou Modbus ? Contactez-moi pour une première évaluation ; un aperçu de toutes les prestations est disponible ici.

11.Sources

Siemens : manuel d'appareil CM AS-i Master ST (3RK7137-6SA00-0BC1), 05/2015 — PDF
Siemens : manuel d'appareil CM 1243-2 / DCM 1271 — PDF
Siemens : AS-Interface — présentation produit
Siemens : guide de migration S7-300/400 vers S7-1500, article SIOS 109478811 — PDF
Siemens : IE/PB LINK HA comme proxy PROFINET — article 109807303
AS-International Association — as-interface.net, as-interface.de et bénéfices utilisateur ASi-5
PROFIBUS & PROFINET International : PROFINET et PROFIBUS
Consortium IO-Link : What is IO-Link
Modbus Organization : FAQ
EtherCAT Technology Group : technologie
Bihl+Wiedemann : fiches techniques de passerelles 4018 et 3848
Indu-Sol : diagnostic du bus ASi — comptage des longueurs de segment, fonctions d'alimentation, surveillance d'isolement

À propos de l'auteur : David Prybisch est programmeur d'automates et ingénieur de mise en service avec plus de dix ans de pratique, fondateur de Prybisch Automation, établi à Stadtbredimus, au Luxembourg. Il assure des mises en service et des rétrofits d'automates sur des installations Siemens au Luxembourg, en Sarre et dans la région de Trèves.