Generación 3 en redes de fieldbus: El rol de Sercos y Ethernet TSN

Generación 3 en redes de fieldbus: El rol de Sercos y Ethernet TSN

Antes que nada, veamos cuáles son las principales diferencias entre redes de dispositivos/fieldbus y redes Ethernet. Hasta ahora, podemos hablar de dos generaciones en redes de fieldbus.

La Generación 1 se basaba en distintas capas físicas y de enlace de datos (no Ethernet) y estaba diseñada para fines específicos, tales como comunicación de accionamientos (Sercos), comunicación de E/S (PROFIBUS, Interbus, DeviceNet) o comunicación de seguridad (por ejemplo, Safetybus-p). Esto llevó a una situación donde, dentro de una unidad de manufactura o entre unidades de manufactura, se requerían diferentes buses para cumplir con los requerimientos de la aplicación, tales como una combinación Sercos + PROFIBUS o Sercos + DeviceNet. Ethernet no se usaba en absoluto a nivel de campo, sino sólo cuando se conectaban máquinas a través de controles de máquina a sistemas IT superiores (MES/ERP/SCADA). Las desventajas no sólo tenían que ver con la gran cantidad de interfaces heterogéneas e incompatibles, sino también con el elevado costo total de propiedad, esto es distintas herramientas para ingeniería, monitoreo y diagnóstico, una alta complejidad general, etc.

La Generación 2, a principios de la década de 2000, se basaba en Ethernet y podía usarse, gracias a su elevado ancho de banda superior a 100 Mbit/s, para aplicaciones universales (movimiento + seguridad + E/S en un solo bus). Las redes basadas en Ethernet soportaban mayores velocidades, pero, debido al no determinismo de Ethernet, fueron surgiendo distintas variantes de Ethernet de tiempo real (RTE) como tecnologías sucesoras de la Generación 1 (Sercos III para Sercos I/II, PROFINET para PROFIBUS, EtherNet/IP para DeviceNet).

Al mismo tiempo, las empresas de automatización fueron desarrollando sus protocolos, tales como B&R con PowerLink y Beckhoff con EtherCAT. Pero para alcanzar una alta performance, o sea tiempos de ejecución cortos, tiempos de ciclo cortos, una elevada eficiencia de protocolo y sincronicidad de sub-microsegundo, PROFINET IRT, Sercos III y EtherCAT necesitaban un hardware especial.

Las desventajas de la Generación 2 de fieldbus tienen que ver con que estas tecnologías RTE no son interoperables y que la mayoría de las RTE ni siquiera admiten múltiples protocolos para coexistir en una infraestructura de red. En consecuencia, las redes de IT y automatización siguen estando separadas y muchas tecnologías RTE necesitan que la red sea exclusivamente para tráfico en tiempo real, o sea sin coexistencia de protocolos.

Pues bien, Ethernet TSN será ahora la base para la nueva Generación 3 en redes de fieldbus. Es algo muy importante, ya que, por primera vez después de 43 años, Ethernet por sí misma se vuelve determinística. Al no requerir hardware modificado para lograr determinismo de red, TSN soporta y habilita la convergencia de redes IT y OT.

Puesto que TSN permite que diferentes protocolos Ethernet puedan coexistir y compartir la infraestructura de red, no hay gateways, sino tan sólo switches. Por lo tanto, es posible tener un acceso consistente y transparente desde el sensor a la nube y viceversa. TSN no sólo soporta comunicación en tiempo real, sino también velocidades más altas y costos más bajos gracias a que todas las industrias soportan la tecnología TSN.

Desde su advenimiento a finales de los años ’90, Sercos ha estado utilizando comunicación disparada por tiempo y basada en ranuras de tiempo, con lo que puede cumplir con los requerimientos de comunicación en tiempo real de alta velocidad de una gran variedad de máquinas de producción y exigentes aplicaciones de automatización.

Sercos I/II se utilizó principalmente para la comunicación de accionamientos. Sercos III basado en Ethernet se convirtió en un bus de automatización universal que soporta movimiento, seguridad, E/S, visión, TCP/IP y otros protocolos de Ethernet en una sola red. En el futuro, Sercos se basará en un Ethernet determinístico (Ethernet TSN), lo que puede significar importantes ventajas, tales como hardware estandarizado, menor costo, mayores velocidades y conectividad IT.

Al mismo tiempo, Sercos soporta los requerimientos que plantea Industrie 4.0/IIoT en lo que hace a la interoperabilidad semántica. En este sentido, ha quedado definido un modelo de información OPC UA Sercos estandarizado que combina perfiles de dispositivos Sercos bien definidos (semántica para accionamientos, E/Ss, encoders, energía) con el modelo de información y el estándar de intercambio de datos de OPC UA. De esta forma, las funciones y datos de los dispositivos Sercos estarán disponibles y accesibles a través de OPC UA.

Hay una amplia gama de aplicaciones, que van desde parametrización de dispositivos y configuración de redes hasta gestión de energía y mantenimiento preventivo.

Las reglas de mapeo especificadas por Sercos se pueden usar para diferentes implementaciones. Por un lado, la funcionalidad de servidor OPC UA puede ser implementada en un dispositivo maestro Sercos, por ejemplo CNC o PLC. Por otro lado, es posible implementar esta funcionalidad en un dispositivo esclavo Sercos. En este último caso, los accesos OPC UA se ejecutan en paralelo a la comunicación en tiempo real de Sercos o incluso sin ninguna comunicación Sercos en tiempo real.

 

Preparado en base a una presentación del Dipl.-Ing. Peter Lutz, director gerente de Sercos International.

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