Interconectividad PLC: Uniendo los silos de datos para la fabricación inteligente

Esta publicación analiza el valor esencial de la interacción entre PLC, descubre los principales enfoques de interacción, evalúa los protocolos centrales y sus diferencias de eficiencia y, a través de contrastes de información y estudios funcionales, guía a los lectores para elegir y configurar las opciones de interacción ideales.

Introducción: La inevitabilidad de la interconectividad de los PLC en la era de la fabricación inteligente

En el actual panorama internacional de cambios en la industria, la automatización industrial ya no es simplemente un dispositivo para mejorar la eficacia de la producción; es un pilar fundamental para construir sistemas de fabricación adaptables y permitir la toma de decisiones basada en datos.

Como el “cerebro” de los sistemas de control industrial, el controlador lógico programable (SOCIEDAD ANÓNIMA) ocupa un lugar crucial. Sin embargo, con la expansión de las gamas de producción, la creciente complejidad de los procesos y la profunda asimilación de las tecnologías del Internet de las Cosas (IoT), los sistemas PLC independientes suelen fallar.

Existe una necesidad inmediata de establecer enlaces de interacción eficientes, estables y confiables entre los PLC dispersos en diferentes líneas de producción y responsables de trabajos únicos, para lograr un intercambio continuo de información, una operación integrada de equipos y una optimización internacional de los procesos de producción.

El modelo típico de “silo de información” se ha convertido en un importante obstáculo que impide el avance de la producción inteligente.

Por ejemplo, si el PLC de una línea de envasado de productos no puede obtener información de fabricación en tiempo real de la línea de carga anterior, se producen desequilibrios de ritmo. Asimismo, si un PLC de control de robot no puede compartir información sobre fallos con el PLC principal de la línea de producción, se prolonga el tiempo de inactividad.

Estas preocupaciones resaltan la importancia de la comunicación entre PLC. Esta no solo sirve como puente para el intercambio de información a nivel de equipo, sino que también sienta las bases para la integración, el análisis y la toma de decisiones de datos a nivel de fábrica y de empresa.

Interconectividad PLC: la piedra angular y el valor central de la fabricación inteligente

La interacción entre PLC se extiende mucho más allá de la simple transferencia de información; es la piedra angular para que los sistemas de automatización industrial modernos logren cumplir con los siguientes valores fundamentales:

Intercambio de información y transparencia: La información de fabricación en tiempo real (como resultados, estado de las herramientas, códigos de fallo, etc.) intercambiada entre diferentes PLC permite supervisar la producción con una revisión detallada del funcionamiento de la fábrica. Esto constituye la base para el análisis de grandes volúmenes de datos y la previsión del mantenimiento, lo que ayuda a reducir las paradas imprevistas y a mejorar la eficiencia general del equipo (OEE).

Operación colaborativa y optimización de procesos: Mediante la interacción, varios PLC pueden realizar de forma colaborativa tareas de fabricación complejas. Por ejemplo, en una línea de montaje automatizada, la alimentación, la manipulación, la inspección y el embalaje del producto pueden estar controlados por diferentes PLC. La sincronización de datos entre ellos garantiza un flujo de fabricación fluido y eficiente.

Gestión centralizada y control remoto: La comunicación entre PLC permite que las salas de control principales o los sistemas de gestión (como SCADA y MES) verifiquen, reajusten parámetros y detecten remotamente múltiples PLC de forma centralizada. Esto mejora significativamente la capacidad de mantenimiento y la escalabilidad del sistema, a la vez que minimiza los costos funcionales y de mantenimiento.

Fabricación adaptable y respuesta rápida: Ante la rápida transformación de las necesidades del mercado, las instalaciones de fabricación contemporáneas requieren capacidades de producción ágiles. La interconectividad de PLC flexibiliza la reconfiguración y los ajustes de la línea de producción. Mediante la configuración remota y la descarga de programas, se pueden adaptar rápidamente nuevas tareas de producción. En esencia, la interconectividad de PLC es un paso fundamental para el desarrollo de fábricas digitales, lo que facilita la toma de decisiones inteligente y fortalece la competitividad empresarial.

Análisis exhaustivo y comparación de los principales métodos de comunicación

Las principales técnicas de comunicación entre PLCs son la comunicación serie, la interacción idéntica y la comunicación Ethernet industrial. Comprender sus características es crucial para elegir la solución ideal.

Comunicación en serie:

• Características: Transmite datos bit a bit. Requiere menos líneas de señal, lo que lo hace adecuado para distancias más largas.
• Ventajas: Cableado eléctrico simple, precio reducido, resistencia al sonido relativamente mejor.
• Limitaciones: Velocidad de transmisión relativamente más lenta, capacidad mínima en tiempo real.
• Protocolos típicos: Protocolos Modbus RTU/ASCII, PPI, RS-232/RS-485 personalizados, etc.

Comunicación paralela:

• Cualidades: Transmite información en bytes o palabras simultáneamente a través de múltiples líneas de datos.
• Beneficios: Alta velocidad de transmisión, fuerte capacidad en tiempo real.
• Limitaciones: Cableado complejo, corta distancia de transmisión, mayor precio, susceptible a interferencias.
• Aplicaciones comunes: Se utiliza principalmente para requisitos de corta distancia y alta velocidad, frecuentemente entre módulos PLC o entre un PLC y componentes de E/S de alta velocidad específicos, y se utiliza con mucha menos frecuencia como método principal para la conectividad entre PLC.

Comunicación Ethernet industrial:

• Atributos: Basado en la tecnología Ethernet estándar, pero optimizado para una mayor eficacia y eficiencia en tiempo real en entornos industriales. Utiliza el conjunto de protocolos TCP/IP, compatible con diferentes geografías de red, como estrella, bus y anillo.
• Beneficios: Alta velocidad (100 Mbps/Gbps), gran capacidad de información, alta flexibilidad de red, admite varios maestros y sirvientes, combinación simple con redes de TI y excelente escalabilidad.
• Limitaciones: Inversión inicial relativamente mayor, arreglo más complejo.

Guía de evaluación y selección de protocolos de comunicación convencionales

Los procedimientos de interacción son el lenguaje del intercambio de información, que especifica el estilo, la sincronización y los dispositivos de gestión de errores para la transmisión de información. En la interacción entre PLC, la selección del procedimiento ideal es fundamental para el diseño del sistema.

Protocolo Modbus

• Introducción: Modbus es un protocolo de comunicación serial duradero, abierto y ampliamente utilizado, compatible con interfaces de usuario físicas como RS-232 y RS-485. También ha evolucionado a Modbus TCP, basado en Ethernet.
• Características: Marco de procedimientos simple, fácil de aplicar y depurar. Admite configuración maestro-esclavo, donde un maestro puede gestionar varios servidores. Gran variedad de tipos de información, como bobinas y registros.
• Aplicaciones: Se utiliza comúnmente para la interacción entre varias marcas de PLC, o entre PLC y herramientas. sensores, HMI, específicamente en situaciones con necesidades de tiempo real menos rigurosas o como una interfaz de propósito general.

Protocolo PPI (Interfaz punto a punto)

• Descripción general: PPI es un protocolo de comunicación serial exclusivo de los PLC de la serie Siemens S7-200, basado en la capa física RS-485.
• Cualidades: Específico de los PLC de la serie Siemens S7-200, utilizado principalmente para la carga y descarga de programas con aplicaciones de software (Step7-Micro/Win) y la comunicación entre el S7-200 y las HMI. Compatible con configuración maestro-esclavo.
• Aplicaciones: Limitado a los PLC de la serie Siemens S7-200. En la serie S7-1200/1500, actualmente dominante, ha sido prácticamente reemplazado por la interacción PROFINET/Ethernet.

Protocolo PROFINET

• Resumen: PROFINET es un procedimiento de comunicación de automatización industrial desarrollado por PROFIBUS & PROFINET International (PI), basado en Ethernet básico.
• Características: Alta velocidad, fuerte capacidad en tiempo real (compatible con IR_T y varios otros cursos en tiempo real), admite topologías de red adaptables (línea, estrella, anillo), integra prestaciones de análisis y promueve una fácil gestión de herramientas y organización del diseño.
• Aplicaciones: Ampliamente adoptado por numerosas marcas de PLC como Siemens y Beckhoff, es la opción preferida para líneas de producción complejas, de alta velocidad y con tiempos de respuesta críticos (p. ej., fabricación de automóviles y maquinaria de envasado).

Protocolo EtherNet/IP

• Descripción general: EtherNet/IP (Ethernet Industrial Protocol) es un protocolo industrial desarrollado por ODVA (Open DeviceNet Vendors Association), también basado en el estándar Ethernet.
• Características: Utiliza el Protocolo Industrial Común (CIP) para unificar las funciones de control, seguridad, configuración y diagnóstico. Admite mensajería explícita e implícita para un intercambio de datos flexible y un control de alto rendimiento en tiempo real.
• Aplicaciones: Ampliamente utilizado con Rockwell Automation. PLC de Allen-Bradley y numerosos otros dispositivos compatibles con CIP. Dominante en el mercado norteamericano.