La batalla por… ¿Las Redes?

Redes Industriales

La batalla por… ¿Las Redes?

La implementación de sistemas digitales en los procesos de manufactura ha provocado un cambio de paradigma cuando se organizan los diferentes segmentos de la cadena productiva. La pirámide CIM ha puesto en relieve que la comunicación entre los diferentes miembros de la cadena es de vital importancia para la producción. Es aquí donde las Redes cobran relevancia.

Es por esto que diferentes protocolos han sido desarrollados por las grandes empresas de automatización para establecer y garantizar el intercambio de información entre estos miembros. Sin embargo, antes de empezar a hablar sobre las redes industriales, tenemos que explicar qué es una red.

¿Qué es una red?

Al igual que nosotros, las computadoras de hoy en día tienen la necesidad de comunicarse entre ellas. La manera en cómo se se comunican está basada también en cómo los humanos nos comunicamos.
[fig. 1]

Figura 1. Proceso de comunicación de las computadoras.

Para fines prácticos el emisor/receptor son las equipos informáticos, el mensaje son los datos que queremos comunicar y el medio son los dispositivos físicos (cableado) con los que están conectadas las computadoras. Sin embargo para que se complete la comunicación hace falta que se hable en el mismo idioma, es decir un protocolo. En resumen una red es la unión de todos estos conceptos.

Para las redes domésticas, el principal protocolo  es TCP/IP (con el cual funciona internet). Ahora bien, el estándar (medio) por el cual se conectan estas redes domésticas es el famoso ethernet, cuya relevancia en la parte alta de la pirámide CIM es indiscutible; no obstante,  en la parte baja (al nivel célula y de campo) [fig. 2] nos encontramos con un problema al no tener un protocolo/estándar universal. Es aquí donde entran todas las redes que se van a explicar a lo largo de varias publicaciones. Las llamadas redes industriales.

Figura 2. Pirámide CIM segmentada por niveles.

Se debe mencionar que al haber una variedad de redes industriales tan amplia, la clasificación de las mismas se vuelve tediosa. Clasificarlas por fabricante, cronológicamente o inclusive por costos son algunas de las tantas maneras de hacerlo; no obstante, se optó por separarlas dependiendo de la tecnología de la cual se desprenden. De acuerdo con [1] esta clasificación se puede dividir en 3 grandes bloques: buses de campos (fieldbus), basadas en Ethernet y Wireless [fig. 3]

Figura 3. Clasificación de las redes industriales. Fuente [1].

Buses de campos (fieldbus).

Es un sistema de transmisión de datos, cuyo propósito original fue desplazar a la tecnología point to point (RS 232) que solo permitían conectar dispositivos en parejas. Esto resultaba imprescindible dado el incremento en complejidad de los procesos industriales, los cuales iban necesitando mayor cantidad de entradas y salidas para operar. Ahora están estandarizadas bajo la norma IEC 61158.

Ventajas.

  • Reduce el cableado de los sistemas [fig. 4].
  • Muchos parámetros pueden ser comunicados al mismo tiempo.
  • Provee mejores estrategias para el mantenimiento preventivo y correctivo.
  • Es de fácil implementación y expansión.

Desventajas.

  • Inversión inicial mayor comparada con point to point.
  • Incompatibilidad de hardware dado la gran cantidad de proveedores (cada uno usa estándares ligeramente diferentes).

Cada nodo necesita equipo de comunicación especial (enviar y recibir datos).

Figura 4. Diferencia entre cable tradicional y bus. Fuente [2].

El origen de los buses de campos se puede rastrear en los años 80 pero fue hasta bien entrado la década de los 90 cuando se integró por completo en la industria. Actualmente se puede dividir en dos categorías las redes basadas en buses de campo. I/O (Input Ouput) buses y buses avanzados. Esta  clasificación se hace sobre todo al tipo de componente que se quiere utilizar.

Los buses I/O se suelen ocupar para la comunicación entre sensores, transductores y actuadores con la parte de control (PLC, CNC). Las redes más comunes que entran en esta categoría son:

  • ASI.
  • CompoNet.
  • CC-Link.
  • Interbus.
  • CanOpen.

Las redes de buses avanzadas suelen ser aplicadas para conectar la parte de control con la parte administrativa de la empresa, es decir, a las computadoras que encontramos a nivel de planta [fig. 2]. Las principales redes de esta categoría son las siguientes:

  • Interbus.
  • DeviceNet.
  • CC-Link.
  • LonWorks.
  • Interface MPI.

Con estas dos clasificaciones podemos ver que varias redes industriales se repiten en ambas clasificaciones, la razón de esto es por que algunas de estas redes comparten características de buses I/O y buses avanzados. Entre ellas nos encontramos con la famosa PROFIBUS,  la cual se puede clasificar en 3 subtipos, dependiendo del tipo de elementos que se desean conectar.

 

PROFIBUS DP.

Localizada a nivel de campo, utilizada principalmente para conectar sistemas de control (PLC, CNC), con dispositivos I/O (digitales, analógicos, accionamiento DC y AC) y control de válvulas.

PROFIBUS PA.

Localizada a nivel de campo, también se llega a utilizar en la conexión de sistemas de control con dispositivos I/O. Una diferencia con PROFIBUS DP es suele utilizarse en áreas con riesgo de explosión. [2]

PROFIBUS FMS.

Localizada a nivel de celda o planta. Su principal función es entablar la comunicación entre los sistemas de control y los sistemas administrativos. Se caracteriza por tener el FieldBus Message Specification (FMS) con el cual podemos comunicarnos eficientemente entre los sistemas antes mencionados. A pesar de todo, hoy está remplazando por redes basadas en Ethernet. [3]

Redes basadas en Ethernet.

Estas redes son una mezcla entre los protocolos de Ethernet convencional y los de fieldbus. Con esta unión se buscaba crear una nueva gama de redes que integre las mejores características de estos dos protocolos. A esta familia también se le puede conocer como Ethernet Industrial.

 

Las principales características de estas redes son:

  • Basado en el modelo TCP/IP pero modificado para afrontar tareas en tiempo real.
    • RT (Real Time).
    • IRT (Isochronous Real Time)
  • Es determinista (se busca asegurar que los paquetes de información lleguen siempre al destinatario en el momento adecuado) [4].
  • Es resistente al ambiente industrial.
    • Ambientes corrosivos.
    • Altas temperaturas.
    • Humedad.
    • Vibraciones.
  • La velocidad de transmisión es mucho mayor que las redes fieldbus.

Las principales redes industriales basadas en Ethernet son:

  • EtherNet/IP.
  • PROFINET.
  • EtherCAT.
  • MODBUS/TCP.
  • Ethernet Powerlink.
  • Sercos III.
  • HSE.

 

Wireless.

Gracias a las grandes ventajas que tienen las conexiones inalámbricas, también están entrando al mundo industrial. Aportando ciertas características destacables:

  • Reduce la complejidad de la instalación y mantenimiento.
  • Evita cualquier interperferencia con el ambiente (no provoca cortos eléctricos).
  • Aísla procesos peligrosos para el operador.

Las principales tecnologías wireless que podemos encontrar son:

  • WLAN: Wireless Local Area Network bajo el estándar IEEE 802.11, donde podemos encontrar Wi-Fi.
  • WPAN: Wireless Personal Area Network bajo el estándar IEEE 802.15, donde podemos encontrar la tecnología de Bluetooth y ZigBee.

A pesar de todas estas ventajas, la industria no ha terminado por adoptar esta tecnología en sus procesos. Por lo cual no se abordará más sobre este tipo de tecnologías en las siguientes publicaciones. Sin embargo, si desean encontrar más información de este tema, la empresa WIN (Wireless Industrial Networks) maneja bastante información sobre redes industriales inalámbricas [5].

Finalmente con esta información, ya podemos tener un panorama más amplio sobre cómo se dividen las redes industriales, así como algunas de sus características y aplicaciones de cada una de ellas. Las próximas publicaciones se abordaran con más detalle cada una de las redes basadas en FieldBus y en Ethernet.

 

Autracen SA de CV.

Somos especialistas en redes industriales. Le llevamos de la mano hacia la nueva Industria 4.0

 

Bibliografía.

[1] Jamsa-Jounela, S.-L. (febrero de 2007). Future trends in process automation. Obtenido de researchgate.com: https://www.researchgate.net/publication/223763699_Future_trends_in_process_automation

[2] Fernández, D. J. (9 de septiembre de 2017). PROFIBUS. Obtenido de Departamento de Ingeniería de Sistemas y Automática : http://www.santiagoapostol.net/srca/buses/profibus.pdf

[3] SMAR Equipamentos Industriais. (9 de SEPTIEMBRE de 2017). Qué es PROFIBUS? Obtenido de SMAR: http://www.smar.com/espanol/profibus

[4] Innovasic, Inc. (25 de junio de 2014). What is the difference between Ethernet and Industrial Ethernet? Obtenido de innovasic.com: http://www.innovasic.com/news/industrial-ethernet/what-is-the-difference-between-ethernet-and-industrial-ethernet/

[5] wirelessindustrialnetworks (WIN). (s.f.). Obtenido de http://www.wirelessindustrialnetworks.com/Learn/Industry

 


Leave a Reply

Suscripción al Boletín AUTRACEN.

Si es de su interés podemos enviarle información que estamos publicando constantemente como Noticias, Eventos, Bolsa de Trabajo, Capacitaciones y Talleres. Todo relacionado al sector Industrial.