¿Qué pasa con el Ethernet industrial?

18 de octubre de 2018 / General, norma y certificación, redes industriales

Debido a su fiabilidad, rendimiento e interoperabilidad inherentes, Ethernet se ha infiltrado en las fábricas como el protocolo de comunicación favorito para sistemas de automatización y control. Este año, el Ethernet industrial ha sobrellevado la cuota de mercado de los protocolos de bus de campo tradicionales que típicamente requieren múltiples plantas de cableado segregadas y propietarias.

Para satisfacer las necesidades del ambiente industrial, el Ethernet industrial esencialmente usa protocolos industriales especiales encapsulados dentro del protocolo de Ethernet de una manera que garantiza que la información correcta se envíe y se reciba cuando y donde se necesite para realizar una operación específica. Echemos un vistazo a estos protocolos y examinemos cómo las redes de Ethernet industriales difieren del ambiente de LAN Ethernet comercial.

Los cuatro protocolos de Ethernet industriales más importantes

La comunicación industrial se produce en el nivel de enrutamiento, el nivel de control y el nivel de sensores, cada uno de los cuales requiere diferentes niveles de transferencia de información en tiempo real, detección de colisiones y determinismo (esencialmente determinando de antemano la ruta entre dos nodos). Aunque existen varios protocolos de Ethernet industriales para admitir una variedad de requisitos de comunicación en la fábrica, existen cuatro importantes que vale la pena mencionar: Modbus TCP/IP, EtherCat, EtherNet/IP y Profinet

Modbus TCP/IP fue el primer protocolo de Ethernet industrial introducido, y es esencialmente una comunicación Modbus tradicional que se comprime dentro de un protocolo de nivel de transporte Ethernet para la transferencia de datos discretos entre dispositivos de control. Usa una simple comunicación maestro/esclavo donde el nodo “esclavo” no transmitirá datos sin una petición del nodo “maestro”, pero no se considera un protocolo en tiempo real.

Introducido en 2003, EtherCAT es un protocolo de Ethernet industrial que ofrece comunicación en tiempo real en una configuración maestro/esclavo para sistemas de automatización. El elemento clave de EtherCAT es la capacidad de todos los esclavos en red de extraer solo la información relevante que necesitan de los paquetes de datos e insertar datos en el tramo durante la transmisión de salida (a menudo denominada comunicación “sobre la marcha”).

Inicialmente lanzado en 2000, Ethernet/IP es un protocolo de Ethernet industrial de nivel de aplicación ampliamente usado, apoyado por la Asociación de vendedores de dispositivos abiertos (ODVA) y suministrado principalmente por Rockwell Automation. Es el único protocolo de Ethernet industrial que se basa enteramente en normas de Ethernet y usa los niveles físicos, de enlace de datos, de redes y del transporte estándar de Ethernet. Puesto que usa la conmutación estándar de Ethernet, puede admitir un número ilimitado de nodos. Sin embargo, requiere un rango limitado para evitar la latencia y admitir la comunicación en tiempo real.

Otro protocolo importante (en gran parte por estar incrustado en Siemens y controladores GE) es Profinet, un protocolo de aplicación desarrollado por Siemens en conjunto con las empresas miembros de una organización de usuarios de Profibus. Amplía esencialmente la comunicación del regulador de la E/S de Profibus a Ethernet usando los switches especiales que se integran en dispositivos.

Características de la instalación del cableado

Cuando se trata de la instalación del cableado que admite estas redes de Ethernet industrial, existen algunas diferencias clave en comparación con el LAN de Ethernet comercial. En primer lugar, las velocidades de las que estamos hablando en el Ethernet industrial son mucho más bajas que las necesidades gigabit y ancho de banda más altas que vemos en la LAN; 100 Mb/s aproximadamente es la velocidad común que se usa en Ethernet industrial. Esto tiene sentido ya que la cantidad de ancho de banda necesario para enviar información de control y automatización en una red industrial es una fracción de lo que necesita para descargar un vídeo de YouTube.

Debido a que los ambientes industriales requieren cables y una conectividad que deben soportar todo tipo de condiciones difíciles (vibración, líquidos, polvo, productos químicos e interferencia electromagnética), los componentes tienen una construcción más robusta que los que se usan en la LAN de oficina. Por ejemplo, mientras que el cable puede necesitar solamente un rendimiento de categoría 5 o categoría 5e, los cables industriales presentan a menudo un calibrador más grande (típicamente 22AWG) para admitir temperaturas más altas, construcción blindada para la prevención de ruido, conductores trenzados para flex y materiales de revestimiento especiales como poliuretano para la resistencia química, de aceite y de abrasión. Los conductores pueden incluso estar recubiertos para evitar la corrosión. Estas características rinden una etiqueta de precio mucho más alto para los cables de Ethernet industrial comparados a los cables LAN comunes.

Los conectores usados en Ethernet industrial también necesitan ser más robustos. Mientras que las funciones como el sellado para evitar el polvo y la humedad y los materiales resistentes a los productos químicos están disponibles en los robustos conectores RJ45 diseñados para su uso en ambientes industriales, los conectores M12 son mucho más usados en Ethernet industrial debido a su forma circular más pequeña y rosca de bloqueo de 12 mm que mantienen una conexión fiable incluso cuando están expuestos a golpes y vibraciones. Además, los conectores M12 se ofrecen típicamente con una gama más amplia de opciones de protección de ingreso para soportar lavados de alta presión y resistencia a la corrosión.

Disponible en configuraciones rectas y angulares para una variedad de conexiones de máquina, los conectores M12 más comunes son de 4 o 8 pines. El de 4 pines admite velocidades de 100 Mb/s que se encuentran en la mayoría de las aplicaciones de Ethernet industriales, mientras que el 8 pines es necesario para Gigabit Ethernet que necesita los cuatro pares para la transmisión, ¿suena familiar? Cuando se trata de PoE, el M12 de 4 pines también solo puede admitir PoE de tipo 1 con corriente continua suministrada simultáneamente con datos sobre los mismos pares, mientras que el M12 de 8 pines se requiere para el tipo 2 y superior. Son también bastante comunes los juegos de cables de M12 a RJ45 donde solamente se necesita conectar un extremo del cable a la maquinaria donde haya descargas y vibraciones.

A medida que el Ethernet industrial continúa expandiéndose, y los organismos de estándares continúan desarrollando estándares para apoyarlo, Fluke Networks le mantendrá al día sobre cómo comprobar y certificar estos sistemas... consultar más recursos de Ethernet Industrial.