¿Por qué Ethernet industrial es la opción definitiva para las redes de automatización de PLC?
Tabla de contenido
Este artículo ofrece un análisis exhaustivo de 3 enfoques de red PLC convencionales: comunicación serial genérica tradicional, buses de campo propietarios cerrados y Ethernet industrial abierto de alta velocidad.
Redes PLC
A medida que se profundiza la automatización industrial, la tecnología independiente SOCIEDAD ANÓNIMA El modelo ya no es suficiente para satisfacer las demandas de los procedimientos de producción de la planta.
Una red de interacción estable y eficiente es crucial, ya sea para la sincronización de datos entre PLC o para el trabajo conjunto entre PLC y sistemas host (como Interfaz hombre-máquina (IHM) y SCADA), y dispositivos inteligentes (como robótica y regularidad variable) Conduce).
Una opción de red duradera es particularmente crucial en tareas a gran escala con puntos de control dispersos y la necesidad de operación y mantenimiento remotos.
Actualmente, las principales innovaciones en redes PLC se pueden dividir en tres grandes grupos: las basadas en puertos serie genéricos, los buses de campo propietarios y el Ethernet industrial estándar. Cada estrategia tiene su contexto histórico y sus escenarios de aplicación particulares; sin embargo, la dirección del desarrollo tecnológico es bastante clara.
1. Limitaciones de la comunicación serial genérica
La comunicación basada en puertos serie genéricos como RS-232 o RS-485 fue uno de los primeros enfoques de conexión en red. Permite conectar varios PLC con un sistema informático central a través del componente de comunicación serie del PLC, funcionando de forma similar a un enlace informático.
VentajasEs fácil de implementar y de bajo costo, lo que lo convierte en una solución rentable para sistemas de control punto a punto o de corto alcance.
DesventajasLas desventajas de este enfoque son evidentes. En primer lugar, ofrece baja velocidad; la velocidad de RS-232 suele ser inferior a 115,2 kbps, y si bien RS-485 es ligeramente más rápido, está lejos de ser suficiente para las enormes demandas de transmisión de información del sector actual. En segundo lugar, su alcance de transmisión es corto, con un alcance efectivo de tan solo unos 15 metros. Por último, presenta escasa capacidad antiinterferencias y una compleja configuración de red, especialmente a medida que aumenta el número de nodos. Esto requiere programas y configuraciones laboriosos y hace que la red sea susceptible a las interferencias electromagnéticas en entornos industriales.
En consecuencia, la comunicación serial genérica se utiliza ahora principalmente para conectar dispositivos auxiliares simples con bajos requisitos de tiempo real.
2. Barreras de los proveedores: La era de los buses de campo propietarios
Para superar las deficiencias de la comunicación serial, los principales fabricantes de PLC, como Siemens y Rockwell Automation, introdujeron sus propios procedimientos de bus de campo exclusivos, como PROFIBUS, DeviceNet y CC-Link.
VentajasDesarrollados para entornos comerciales específicos, los buses patentados ofrecen alta seguridad y determinismo en tiempo real, garantizando la transmisión fiable de información en fracciones de segundo. Esto los hace idóneos para aplicaciones de control de lazo cerrado con exigentes requisitos de tiempo real, como el control de movimiento de alta velocidad.
DesventajasSus principales desventajas son su exclusividad y su alto costo. Los protocolos de bus de los distintos proveedores son incompatibles, lo que genera dependencia del proveedor. Una vez que se elige una marca específica de PLC, los dispositivos de desarrollo posteriores (como variadores y componentes de E/S) deben ser de la misma marca o utilizar un protocolo compatible. Esto no solo limita las opciones individuales, sino que también aumenta considerablemente el costo total del sistema y las dificultades de mantenimiento. Además, la integración de buses de campo con las redes de TI empresariales es compleja, lo que dificulta el flujo continuo de datos de producción a la gerencia.
3. El estándar del futuro: El auge del Ethernet industrial
Con la profunda convergencia de las Tecnologías de la Información (TI) y las Tecnologías Operativas (TO), ha surgido el Ethernet industrial, basado en la tecnología Ethernet estándar. Entre sus métodos más utilizados se encuentran PROFINET, EtherNet/IP y Modbus TCP. Esta innovación aprovecha al máximo el protocolo TCP/IP, adaptándolo a entornos industriales y creando una plataforma de comunicación abierta, de alta velocidad y escalable.
Arquitectura del sistemaUn sistema Ethernet industrial típico se divide generalmente en tres capas: la capa superior consta de una estación de monitorización con PCs o servidores industriales; la capa intermedia es la infraestructura de red, compuesta por switches industriales y cables de par trenzado o fibra óptica; la capa inferior es la estación de control, que conecta los PLCs. sensoresy actuadores.
Ventajas principales
Alta velocidad y gran ancho de bandaEl Ethernet industrial proporciona rápidamente transferencia de datos de 100 Mbps, 1 Gbps o incluso superior, con la capacidad de transportar diferentes tipos de datos, incluyendo señales de control, información de diagnóstico y flujos de vídeo.
Apertura e interoperabilidadBasándose en criterios Ethernet aceptados globalmente, los dispositivos de diversos fabricantes pueden lograr la interoperabilidad siempre que sigan el mismo procedimiento Ethernet industrial, eliminando así las barreras de los buses exclusivos.
Convergencia perfecta de TI/TOEl uso del protocolo TCP/IP permite que la red de la planta de producción se integre de forma nativa con la red de la oficina corporativa (sistemas ERP, MES), lo cual es fundamental para la implementación del Internet Industrial de las Cosas (IIoT) y la fabricación inteligente.
Flexibilidad y escalabilidadAdmite numerosas topologías de red adaptables, como estrella, anillo y línea, lo que facilita la preparación de la red y su crecimiento futuro.
Potentes capacidades de diagnósticoProporciona una amplia gama de dispositivos de diagnóstico de red que pueden localizar rápidamente los puntos de fallo, mejorando así la mantenibilidad del sistema.
Aunque conectar dispositivos seriales tradicionales a una red Ethernet puede requerir inicialmente convertidores de procedimientos e implicar cierto costo de hardware, los beneficios a largo plazo y la compatibilidad futura compensan con creces esta inversión financiera inicial.
Métodos básicos de redes: un análisis comparativo
Para resaltar aún más claramente las diferencias entre los 3 métodos de conexión en red de PLC, la siguiente tabla ofrece una comparación detallada:
| Característica | Serie genérica (por ejemplo, RS-485) | Bus de campo propietario (por ejemplo, PROFIBUS DP) | Ethernet industrial (por ejemplo, PROFINET/EtherNet/IP) |
|---|---|---|---|
| Velocidad de comunicación | Baja (normalmente < 10 Mbps) | Velocidad media (hasta 12 Mbps) | Muy alta (100 Mbps / 1 Gbps / Superior) |
| Distancia de transmisión | Medio (Hasta unos 1200 metros) | Largo (Depende de la velocidad y del cable) | Muy largo (100 m con cobre, decenas de kilómetros con fibra) |
| Franqueza | Bien | Deficiente (dependencia del proveedor) | Excelente (Basado en Ethernet y TCP/IP estándar) |
| Costo de la red | Bajo | Alto | Medio (Los costes de hardware siguen disminuyendo) |
| Capacidad de integración de TI | Pobre, requiere pasarelas | Deficiente, requiere pasarelas complejas | Excelente integración sin problemas |
| Determinismo en tiempo real | Pobre | Excelente | Excelente (Mediante tecnologías como RT/IRT) |
| Flexibilidad topológica | Limitado (Autobús) | Limitado (Autobús) | Excelente (Estrella, Anillo, Línea, etc.) |
| Aplicaciones típicas | conexiones de dispositivos simples y a pequeña escala | Control de línea de producción con altos requisitos de tiempo real | Automatización de toda la planta, fabricación inteligente, aplicaciones con uso intensivo de datos |
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Conclusión
El análisis muestra claramente que, si bien las tecnologías genéricas de bus de campo serial y propietarias desempeñaron un papel importante en períodos históricos y contextos de aplicación específicos, sus limitaciones son cada vez más evidentes en la nueva revolución industrial.
Ethernet industrial, con su excepcional velocidad, visibilidad, versatilidad y potentes capacidades de integración de TI, se ha convertido en la opción predilecta para las redes de automatización de PLC. No solo satisface las complejas demandas de control actuales, sino que también facilita la transición de las empresas hacia el Internet Industrial de las Cosas (IIoT), el análisis de big data y las aplicaciones en la nube. Elegir Ethernet industrial implica optar por un diseño de automatización más eficiente, escalable y preparado para el futuro.
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