Cómo abordar la interoperabilidad en el entorno de la automatización industrial

Arquitecturas industriales típicas

Una arquitectura típica de un sistema de automatización industrial más grande consta de tres capas: una capa de sensores y dispositivos simples (por ejemplo, arrancadores de motor o relés electrónicos de sobrecarga), una capa de control con PLC, paneles de operador o variadores de motor inteligentes, y una capa de sistemas de información.

Cada capa tiene diferentes requisitos en cuanto al volumen de dato en tiempo real de intercambio, velocidad y determinismo. El enfoque anterior abordaría estos diversos requisitos mediante redes especializadas, especialmente en el caso de las dos capas inferiores.

Además, cada proveedor de tecnología más grande recomendaba un método de integración, según la preferencia del proveedor. Como resultado, podemos encontrar muchas redes y protocolos de dato en tiempo real diferentes en las aplicaciones industriales existentes. La interoperabilidad y la escalabilidad de los sistemas diseñados e implementados de esta manera son, y serán durante mucho tiempo, una pesadilla para todos los integradores de sistemas y propietarios de estas soluciones.

La situación era insostenible incluso antes de la aparición de la Industria 4.0 y el IIoT. ¿Cómo abordar este problema?

Idealmente, queríamos tener una solución similar que ya existía para los sistemas de información y oficina durante años: Ethernet. Ethernet en sí mismo se ha considerado como un estándar (en realidad, una familia de estándares, como se especifica a continuación), que no es adecuado para el entorno industrial debido a sus características (no determinista por definición, no compatible con mensajería de dato en tiempo real, bastante costoso, etc.) durante mucho tiempo.

Sin embargo, factores como la introducción de nuevas tecnologías (en particular, switches inteligentes), cambios en la topología de red (de topologías en árbol a topologías en estrella), una comunicación full-duplex, mayores velocidades de transmisión y una reducción general del precio de la tecnología Ethernet con el tiempo han hecho que Ethernet sea una solución interesante para ser utilizada también para la comunicación en las dos capas inferiores de un sistema de automatización industrial.

Ethernet, Ethernet no modificado, EtherNet/IP e interoperabilidad en el entorno industrial

Antes de hablar del uso de Ethernet en aplicaciones industriales, debemos explicar qué es Ethernet.

Estríctamente hablando, Ethernet está definido por el estándar IEEE 802.3 y representa una implementación de dos capas inferiores (capas física y de enlace de datos) del modelo de interconexión de sistemas abiertos (OSI). En la práctica industrial, se utilizan principalmente enlaces de par trenzado metálico o fibra óptica como medio físico.

Ethernet, en su sentido más amplio, se entiende a menudo como una tecnología que permite la conexión a Internet, incluidos todos los protocolos de las capas de red y de transporte, especialmente los protocolos IP, TCP y UDP. 

Las razones por las que Ethernet se ha considerado cada vez más en el entorno industrial ya se han indicado anteriormente. Sin embargo, las principales deficiencias de Ethernet para uso en automatización industrial, es decir, la falta de soporte de transmisión de dato en tiempo real y el no determinismo, no se han resuelto por completo.

Tres soluciones

Por lo tanto, se buscaron soluciones para satisfacer estas necesidades de las aplicaciones industriales. En general, hoy en día tenemos tres soluciones de este tipo. Debido al espacio limitado, no podemos entrar en muchos detalles, pero podemos comenzar diciendo que solo se utiliza una solución, conocida como “Ethernet sin modificar” en la literatura, sin ninguna modificación del estándar Ethernet y de los protocolos TCP/IP y UDP de capas superiores.

Las otras dos soluciones requieren modificaciones y extensiones de protocolos estándar o incluso de hardware.

Solo los estándares para el intercambio de datos en el entorno industrial, que se basan en Ethernet sin modificar, no requieren ningún cambio de infraestructura (es decir, switches especiales, routers, etc.), pueden coexistir simplemente con otros protocolos existentes y, lo que es más importante, en términos de IIoT, permiten una integración e interoperabilidad sin problemas.

Uno de los pocos estándares totalmente basados en los principios de Ethernet sin modificar es EtherNet/IPTM. EtherNet/IPTM es un estándar abierto gestionado por ODVA.

Somos miembros fundadores de esta asociación y hemos estado beneficiándonos de EtherNet/IPTM a largo plazo. Esta tecnología también es una piedra angular de nuestra solución para la digitalización completa de la automatización industrial llamada The Connected Enterprise®, que, gracias a las ventajas de EtherNet/IPTM, es una solución ideal de IIoT.