Entendiendo las redes industriales: Bus de campo y -20mA en la era del IoT

Conozca por qué las comunicaciones de bus de campo y 4-20 mA siguen siendo relevantes a pesar de la proliferación de comunicaciones basadas en Ethernet en medio de la transformación digital de la industria.

Fieldbus 4 20m A

Por James Koelsch

¿Cuál será el destino del bus de campo y las comunicaciones de red de 4-20 mA frente al creciente uso de Ethernet en las redes industriales? Esta es una pregunta que muchos se hacen a medida que Ethernet industrial reemplaza rápidamente las tecnologías heredadas que alguna vez dominaron las redes industriales.

En las industrias de fabricación discreta, por ejemplo, la transición de bus de campo a Ethernet industrial está muy avanzada. “Ha estado ocurriendo rápidamente durante la última década y no parece estar desacelerándose”, informa Michael Bowne, director ejecutivo de PI North America (la organización que apoya a Profibus y Profinet).

Como evidencia de su punto sobre el uso cada vez mayor de Ethernet, Bowne señala los recuentos anuales de nodos que PI realiza para los dispositivos Profinet y Profibus utilizados en la automatización de fábricas. “Había 8,5 millones de dispositivos Profinet (Ethernet industrial) instalados en 2021, la cifra anual más grande hasta ahora”, dice. Por el contrario, se instalaron 1,5 millones de dispositivos Profibus (fieldbus). Esto equivale a casi seis dispositivos Profinet instalados por cada dispositivo Profibus.

No fue hace mucho tiempo cuando sucedió lo contrario. “2016 fue el primer año en que se instalaron más dispositivos Profinet que Profibus”, señala Bowne. “En 2007, se vendió un dispositivo Profinet por cada 15 dispositivos Profibus”.

A pesar de tales avances en la fabricación discreta, la transición a Ethernet se ha desarrollado mucho más lentamente en las industrias de procesos. Bowne informa que la transición de bus de campo y 4-20 mA a Ethernet industrial apenas está comenzando.

Una de las principales razones del lento comienzo ha sido la seguridad, una preocupación aliviada recientemente por el desarrollo de Ethernet-APL (capa física avanzada), una versión de Ethernet diseñada para entornos peligrosos. “Con Ethernet-APL, ahora existe una capa física intrínsecamente segura para Ethernet que permite la conexión directa a instrumentos en áreas potencialmente explosivas”, explica Bowne. “Ethernet-APL está destinado a ser un cambio de paso significativo en las capacidades de las redes de automatización de procesos, un cambio que hace mucho que se debió”.

Ethernet-APL es una extensión de la especificación para Ethernet de un solo par (SPE) basada en 10BASET-1L. No solo es compatible con todos los protocolos basados ​​en Ethernet, sino que también proporciona alimentación y comunicaciones a través de cables IEC 61158-2 Tipo A que pueden tener una longitud de hasta 1000 metros. Para la protección intrínseca contra ignición, los dispositivos Ethernet-APL siguen los parámetros eléctricos definidos en IEC TS 60079-47, la especificación técnica Ethernet intrínsecamente segura (2-WISE).

Por lo tanto, los usuarios de las industrias discreta y de procesos pueden beneficiarse de la mayor velocidad y ancho de banda que ofrece Ethernet industrial. Esta mayor velocidad y capacidad puede optimizar tanto la conectividad como el flujo de cada vez más datos de diagnóstico y pronóstico. “Cuando se aprovecha adecuadamente, esta información adicional puede generar ganancias significativas en el rendimiento, la calidad y la reducción de costos”, señala Steve Fales, director de marketing de ODVA (el grupo que respalda EtherNet/IP, DeviceNet y el Protocolo Industrial Común).

Por estas razones, Fales y otros ven que las comunicaciones de bus de campo y 4-20 mA dan paso a Ethernet industrial en la mayoría de las instalaciones nuevas. “La balanza generalmente se inclinará hacia Ethernet industrial para una nueva línea de fabricación discreta o una isla de automatización en una instalación de proceso”, dice Fales.

En respuesta, las organizaciones de estándares de bus de campo se han pasado a Ethernet. “Las topologías en serie de numerosas organizaciones se han vuelto basadas en Ethernet”, observa Arnold Offner, gerente de marketing estratégico, infraestructura de automatización de Phoenix Contact. Señala la adición de FieldComm Group de HART-IP, PI y Profinet (mencionado anteriormente), y el mayor enfoque de ODVA en EtherNet/IP.

El FL ComServer UNI 232/422/485 de Phoenix Contact convierte una interfaz serial 232/422/485 heredada a Ethernet.El FL ComServer UNI 232/422/485 de Phoenix Contact convierte una interfaz serial 232/422/485 heredada a Ethernet.Foto cortesía de Phoenix Contact

Reemplazado, pero no borrado

¿Significa esto que los dispositivos Ethernet eventualmente reemplazarán las redes de bus de campo y de 4-20 mA? “Sí, pero los proveedores y los usuarios finales tardarán un tiempo en sincronizar el reemplazo de la tecnología existente porque la base instalada es muy grande”, predice Tom Burke, director de estándares globales de CC-Link Partner Association Americas. “Ha habido mucha inversión [en estas tecnologías heredadas], por lo que tiene que haber un retorno de la inversión significativo para justificar su reemplazo”.

“Aunque la diferencia de costos entre las tecnologías heredadas y las nuevas es nominal, es difícil justificar la eliminación y el reemplazo de los dispositivos de automatización industrial existentes”, agrega Fales. Comprar nuevos dispositivos para reemplazar los existentes que están haciendo el trabajo y luego cerrar la producción el tiempo suficiente para hacer el cambio no tiene mucho sentido económico, especialmente cuando los presupuestos de capital son limitados.