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Nuevas tecnologías extienden la vida de las redes tradicionales

Ni Ethernet ni el bus de campo tienen todas las respuestas para las aplicaciones industriales. Proveedores y grupos de la industria est√°n trabajando en encontrar maneras de avanzar que tengan en cuenta las necesidades ‚Äďy limitaciones‚ÄĒ del presente.

Profinet.
Profinet, basado en tecnologías Ethernet, integra sistemas de bus de campo existentes. Fuente: PI Norteamérica

Aunque Ethernet se ha afianzado en un n√ļmero creciente de industrias y aplicaciones, el bus de campo est√° lejos de ser obsoleto. Se seguir√° confiando en miles de redes de bus de campo heredadas en los pr√≥ximos a√Īos. El costo de prescindir y reemplazar estas redes es desalentador para cualquier fabricante. Adem√°s, las redes de bus de campo heredadas tienen algunas ventajas √ļnicas, como garantizar la seguridad intr√≠nseca en entornos peligrosos, que muchos sistemas Ethernet industriales a√ļn no pueden proporcionar.

"Ethernet forma la columna vertebral de cualquier red industrial moderna, pero todav√≠a hay lugares donde algunos sistemas Ethernet no pueden funcionar", explica Michael Bowne, director ejecutivo de Profibus and Profinet International (PI) en Am√©rica del Norte. ‚ÄúHoy en d√≠a, Ethernet de cuatro cables todav√≠a tiene demasiada tensi√≥n y corriente como para garantizar la seguridad intr√≠nseca. Actualmente estamos trabajando arduamente para desarrollar una soluci√≥n confiable, de dos cables, aprobada por IEEE conocida como Advanced Physical Layer (APL) para entornos peligrosos", agreg√≥.

PI está invirtiendo en nuevas tecnologías como APL para ayudar a convertir conceptos como la Industria 4.0 y el Internet Industrial de las Cosas (IIoT) en una realidad. El objetivo de APL es llevar Ethernet a los instrumentos, a nivel de campo, en áreas peligrosas. Llevar las industrias de procesos al futuro requiere un nuevo estándar de red para transferir datos de procesos utilizando tecnologías estándar basadas en Ethernet e IP.

"Ethernet en el nivel de campo har√° que la digitalizaci√≥n para las industrias de procesos sea una realidad", dice Bowne. "Ethernet agrega su universalidad y ancho de banda a las instalaciones de dispositivos de campo existentes", a√Īade.

La corriente y el voltaje se limitarán para proporcionar un sistema intrínsecamente seguro para las Zonas 0 y 1 / Div. 1, explica Bowne. La conexión física será una conexión robusta de dos cables con alimentación a través del mismo cable de dos conductos. Se espera que APL supere el límite de 100 m actualmente impuesto en las redes comunes 100Base-TX Ethernet.

"Aunque el trabajo est√° progresando, APL a√ļn est√° a dos a√Īos de distancia", agrega Bowne.

Actualmente hay dos tipos de Profibus ‚ÄďDP para aplicaciones de f√°brica y PA para la automatizaci√≥n de procesos. Una serie de industrias h√≠bridas, como la de alimentos y bebidas, combinan ambos sistemas. Aunque siguen el mismo protocolo, las dos versiones existen en diferentes capas f√≠sicas en la pila de la red.

Una de las razones para la viabilidad continua de las redes de bus de campo tradicionales es la creciente incorporaci√≥n de herramientas de diagn√≥stico e interfaces gr√°ficas que permiten una resoluci√≥n de problemas m√°s r√°pida que los sistemas anal√≥gicos tradicionales. "El tiempo de inactividad es extremadamente costoso, especialmente en la automatizaci√≥n de procesos, y estos avances de diagn√≥stico ayudan a las compa√Ī√≠as a reducir significativamente los costos y las p√©rdidas de producci√≥n sin grandes inversiones de capital", dice Bowne.

Aunque las nuevas instalaciones de f√°brica suelen incorporar Profinet, las redes instaladas hace 10 a 15 a√Īos a menudo emplean una pasarela Profibus y Profinet. "Esto permite a las empresas realizar una migraci√≥n inteligente seg√ļn sea necesario", explica Bowne. "Al instalar un PLC moderno para el sistema, por ejemplo, tambi√©n pueden aprovechar los beneficios de una mejor comprensi√≥n de sus datos o una mayor velocidad y rendimiento del proceso sin cambios significativos en la red de bus de campo tradicional", agrega.

Nuevas industrias para redes tradicionales

EtherCAT, un bus de campo que env√≠a datos a trav√©s de Ethernet, est√° viendo avances en la adopci√≥n de diferentes aplicaciones. "La industria de los semiconductores, por ejemplo, se est√° moviendo r√°pidamente hacia EtherCAT porque proporciona una red troncal m√°s s√≥lida, m√°s ancho de banda de comunicaci√≥n y mayor velocidad", dice Bob Trask, representante de Am√©rica del Norte del Grupo de Tecnolog√≠a EtherCAT (ETG). Otras industrias que han hecho la transici√≥n a EtherCAT incluyen la fabricaci√≥n de dispositivos automotrices, m√©dicos y biom√©dicos, as√≠ como entretenimiento, rob√≥tica humanoide y muchas aplicaciones avanzadas de movimiento, dice.

Fuente: Grupo de Tecnología EtherCATCon una nueva interfaz de diagnóstico independiente del proveedor, las herramientas de terceros pueden acceder a la información de diagnóstico de las redes EtherCAT. Fuente: Grupo de Tecnología EtherCAT

El estándar emergente de redes sensibles al tiempo (TSN), que proporciona capacidades en tiempo real en redes IEEE 802, es un área donde EtherCAT está mejorando las comunicaciones. "El uso de EtherCAT a nivel de máquina y para interconectar máquinas con puentes TSN crea una arquitectura de red Ethernet industrial de vanguardia", dice Trask. “Algunas máquinas complejas, sin embargo, todavía requerirán una infraestructura de comunicación mejorada. La integración de los segmentos EtherCAT en una red TSN combinará los beneficios de ambas tecnologías sin requerir cambios en los esclavos EtherCAT. Esta adaptación, conocida como adaptación de flujo, se realiza mediante un software en el lado maestro de EtherCAT. Los puentes TSN podrán enrutar el marco EtherCAT sin ninguna modificación al puente", agrega.

El dise√Īo inicial de TSN fue pensado para transmitir grandes cantidades de datos de audio y video a numerosas estaciones finales en tiempo real y ahora se est√° empleando para una amplia gama de aplicaciones de automatizaci√≥n de procesos y f√°bricas para el flujo de datos en tiempo real, mejorando el determinismo de la transmisi√≥n. En tr√°fico de red sin p√©rdidas por congesti√≥n.

Si bien estos cambios se aplican en el mundo de la conmutaci√≥n, no cambian algunas de las deficiencias de las redes Ethernet tradicionales, como su falta de eficiencia con peque√Īas cantidades de datos por nodo, as√≠ como sus procedimientos de reenv√≠o complejos, flexibles pero a la vez que requieren mucho tiempo. Para ETG, el objetivo es m√°s bien utilizar TSN como tecnolog√≠a de red troncal en m√°quinas complejas, en combinaci√≥n con segmentos EtherCAT.

"El uso de TSN con EtherCAT, que no emplea TCP, podr√≠a ser un gran unificador", dice Trask, "porque EtherCAT puede comunicarse f√°cilmente con dispositivos de red, sistemas de visi√≥n y movimiento tradicionales, proporcionando un puente a la tecnolog√≠a heredada para que no tenga que deshacerse y reemplazar. Proporciona un camino para que los sistemas heredados funcionen durante los pr√≥ximos 20 a√Īos", agrega.

De acuerdo con Sree Potluri, especialista en aplicaciones de I / O de Beckhoff Automation: ‚ÄúNo existe ninguna presi√≥n para quitar las comunicaciones en serie en las que la industria ha confiado durante d√©cadas para proporcionar el enfoque de comunicaciones b√°sico y simple con el que las personas se sienten c√≥modas y tener que entrenarse y manejar hardware‚ÄĚ.

"EtherCAT tiene muchos diagnósticos integrados que facilitan la recopilación de datos de operaciones", dice. "Pero los productos más nuevos también usan menos cables, lo que reduce los costos y facilita el acceso a la mayor cantidad de datos que todos quieren hoy", agrega.

EtherCAT P es un ejemplo de este ecosistema en crecimiento. Combina la comunicación y la alimentación en un solo cable, lo que simplifica la conexión de los dispositivos de campo y reduce el costo de las redes industriales.

Otro ejemplo de estos avances es una serie de terminales ELX EtherCAT de Beckhoff con I / Os intr√≠nsecamente seguros y dise√Īo compacto, que permiten la conexi√≥n directa de dispositivos de campo ubicados en √°reas peligrosas clasificadas como Zonas 0, 1 y 2. Los terminales combinan perfectamente la automatizaci√≥n industrial y tecnolog√≠a de proceso, incluidos todos los beneficios de los diagn√≥sticos integrales del sistema EtherCAT, que facilitan la implementaci√≥n de soluciones sin barreras en √°reas peligrosas hasta la Zona 0/20.

Qued√°ndose con lo que saben

Si bien los cambios en el entorno econ√≥mico obligan invariablemente a los cambios tecnol√≥gicos, tal como lo hicieron en la industria del petr√≥leo y el gas cuando los precios bajaron, HART y Foundation Fieldbus contin√ļan dominando las redes en las industrias de procesos. "HART es grande en Estados Unidos, lo que favorece las comunicaciones de 4-20 [mA], pero les encanta Foundation Fieldbus en pa√≠ses industrializados en desarrollo como en Oriente Medio e India", explica Talon Petty, gerente de mercadeo y desarrollo de negocios de FieldComm Group. ‚ÄúEstas dos redes heredadas a√ļn representan la gran mayor√≠a de las instalaciones de automatizaci√≥n de procesos en todo el mundo. Si bien el principal beneficio de Ethernet es la velocidad, pocas aplicaciones de automatizaci√≥n de procesos requieren tiempos de respuesta en milisegundos, y las que s√≠ lo hacen est√°n en el √°mbito de 250 ms, f√°cilmente dentro de los l√≠mites de los segmentos de bus de campo bien dise√Īados ".

Para ayudar a las empresas a administrar la creciente cantidad de datos de dispositivos inteligentes, cinco de las principales fundaciones tecnol√≥gicas, FieldComm Group (una combinaci√≥n de la antigua Fieldbus Foundation y HART Communication Foundation), FDT Group, OPC Foundation y PI, han pasado la √ļltima d√©cada desarrollando una tecnolog√≠a √ļnica para la gesti√≥n de la informaci√≥n de los dispositivos en todas las √°reas de una planta. Llamada Integraci√≥n de Dispositivos de Campo (FDI), promete un conjunto com√ļn de herramientas de desarrollo y una √ļnica ruta para racionalizar el lenguaje de descripci√≥n de dispositivos electr√≥nicos (EDDL) y la herramienta de dispositivos de campo (FDT) para mejorar la estandarizaci√≥n, la transparencia y, en √ļltima instancia, el costo.

“FDI no es un protocolo; simplemente estructura los datos de forma estandarizada, de modo que los datos se pueden entender y enviar a través de varios sistemas en la empresa. También incorpora OPC UA, por lo que tiene tecnología incorporada con la que el personal de TI está familiarizado, lo que facilita la integración ", dice Petty. “Permitirá una transición sin problemas y proporcionará comunicaciones sólidas para las empresas que necesitan una absoluta fiabilidad de acceso a los datos. También será menos costoso de administrar y al mismo tiempo facilitará el mantenimiento de los sistemas tradicionales", agrega.

Si bien la tecnolog√≠a de FDI a√ļn est√° en su infancia, las industrias que enfrentan dificultades en la digitalizaci√≥n de sus instalaciones est√°n impulsando el cambio y la adopci√≥n, agrega Petty.

Conectividad incrementada

DeviceNet, que cuenta con el respaldo de la organizaci√≥n comercial ODVA, est√° pasando de instalaciones enfocadas en "islas de automatizaci√≥n" a un enfoque de f√°brica m√°s conectado, seg√ļn Katherine Voss, quien fue presidenta de la asociaci√≥n en el momento de esta entrevista. Al Beydoun es el nuevo presidente de ODVA.

‚ÄúDeviceNet, como EtherNet / IP, utiliza un enfoque productor-consumidor para la comunicaci√≥n de red. El productor-consumidor aumenta la eficiencia y el rendimiento de la red al optimizar la cantidad de tr√°fico de mensajes en la red ", explica Voss. "DeviceNet tiene un enfoque flexible para la arquitectura de red liberada de las restricciones t√≠picas de las redes programadas impulsadas por la entrega determinista de mensajes. Esa es la raz√≥n por la que se usa ampliamente en la actualidad para aplicaciones de control en tiempo real en las que las velocidades de actualizaci√≥n de milisegundos y el jitter (con respecto a los tiempos de entrega de mensajes) son suficientes ".

Debido a que se basa en CAN, un bus de campo heredado de bajo costo ampliamente utilizado en m√≥dulos automotrices para el control del motor, los partidarios de DeviceNet lo ven como una forma rentable de conectar dispositivos que a√ļn no est√°n conectados al Internet industrial. Al reconocer este potencial, ODVA ha establecido un grupo de trabajo t√©cnico dirigido a la aplicaci√≥n de DeviceNet a dispositivos previamente desconectados a trav√©s de esquemas simplificados de conexi√≥n y configuraci√≥n.

"Al extender DeviceNet a m√°s tipos de dispositivos", dice Voss, "los usuarios podr√°n conservar su inversi√≥n en DeviceNet y aprovechar la conectividad perfecta con EtherNet / IP a trav√©s del Protocolo Industrial Com√ļn de ODVA, o CIP. Los usuarios recibir√°n hoy el beneficio comercial de la conectividad de costo competitivo para los dispositivos que antes no estaban conectados, as√≠ como los sistemas dise√Īados para el futuro que pueden evolucionar a la par del Internet de las Cosas a medida que los costos de Ethernet contin√ļan disminuyendo ".

La voluntad de adaptarse a los cambios de tecnolog√≠a incrementales en las redes de bus de campo tradicionales para mejorar la resoluci√≥n de problemas, el acceso a los datos y la facilidad de mantenimiento continuar√°n ayudando a las industrias a extender la vida √ļtil de sus inversiones en estas redes troncales de automatizaci√≥n. Aunque ni Ethernet ni los sistemas tradicionales tienen todas las respuestas, los proveedores de tecnolog√≠a y los grupos de la industria de redes est√°n trabajando en caminos hacia el futuro que no ignoran las necesidades o preferencias de los clientes del presente.

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