Conectividad en tiempo real con IO-Link y protocolo AP

Conectividad en tiempo real con IO-Link y protocolo AP

Es un tema crítico que los proveedores de sistemas de E/Ss remotas puedan conectarse a las redes más importantes que se utilizan hoy día en la industria. PROFINET, EtherNet/IP, EtherCAT y Modbus son redes comunes que se utilizan en automatización industrial, pero ¿cómo puede estandarizar un fabricante de máquinas cuando sus usuarios especifican diferentes redes en sus fábricas?

La idea de estandarización se vuelve aún más compleja cuando nos encontramos con distintos niveles de arquitectura. Una máquina puede portar IO-Link en la capa base, PROFINET en la capa de automatización media y OPC-UA sobre Ethernet en la comunicación a la nube.

El nuevo sistema CPX-AP-I de Festo, que incorpora la nueva tecnología de comunicación AP, permite resolver algunos de estos desafíos, integrando IO-Link, transferencia de datos de alta velocidad a la nube y conectividad inteligente con el PLC host en un solo paquete.

La columna vertebral del sistema es el nuevo protocolo AP (Automation Platform) embebido en el propio AP-ASIC de Festo. Al incorporar el protocolo directamente en el silicio, se llega a velocidades de 200 Mbaud/s en cada uno de los tres puertos del ASIC. Para poner esto en perspectiva, es el doble de la velocidad de redes basadas en Ethernet equivalentes disponibles en la actualidad. El ASIC y el protocolo simplifican la integración en equipos con la flexibilidad de conectar 500 dispositivos diferentes, cada uno con su ASIC, al mismo nodo de red.

La integración del ASIC es simple y facilita un comportamiento en tiempo real y la recolección de Big Data con muy poco costo adicional.

 

Sistema CPX-AP-I

El sistema de E/Ss remotas consiste en un módulo de bus que se conecta a redes como PROFINET, PROFIBUS, EtherNet/IP, Modbus y EtherCAT, de modo que los usuarios puedan integrar el sistema independientemente de su PLC host.

Debajo de este módulo de bus, el sistema se convierte en estándar y se comunica por AP, lo que garantiza que los usuarios puedan mantener una arquitectura estandarizada y ver todas las E/Ss como si estuvieran en la red host, independientemente del PLC. Hoy en día, los módulos incluyen E/Ss digitales, entradas analógicas incorporando medición de temperatura, maestros IO-Link y también terminales de válvulas neumáticas.

La integración de terminales de válvulas en el sistema reduce el costo de integración y la complejidad y permite a los usuarios evitar la conexión de terminales de válvulas cableadas a E/Ss remotas o agregar módulos de terminales de válvulas PROFINET o EtherNet/IP más costosos.

Cada módulo está conectado a través de un cable CAT6e que cumple con los elevados requerimientos electromagnéticos de un sistema de 125 MHz y ya está preparado para cadenas de cable de alta velocidad. Al separar el protocolo y el suministro de carga, hay flexibilidad a la hora de decidir el comportamiento del sistema durante una parada de emergencia.

El sistema está preparado para topologías árbol, línea y estrella, con una longitud máxima de cable entre módulos de 50 metros. Se pueden conectar hasta 500 módulos a un módulo de bus, lo que garantiza que el factor limitante nunca será el protocolo AP.

 

Integración de IO-Link

Ningún sistema moderno de integración de E/Ss estaría completo sin la capacidad de IO-Link. El sistema CPX-AP-I no es la excepción, ya que integra un maestro IO-Link directamente en el protocolo AP, lo que permite digitalizar hasta el nivel de actuadores y sensores. Los datos y la parametrización atraviesan sin problemas el AP para llegar al PLC host e incluso a la nube si se utiliza un gateway IoT.

No sorprende que se apunte más a IO-Link que a dispositivos analógicos en un nuevo sistema como CPX-AP-I. Muchos fabricantes de máquinas optan por pasar de dispositivos analógicos a dispositivos IO-Link para mejorar los diagnósticos, el tiempo de instalación y lograr un comisionamiento más eficiente. Toda la gama de productos IO-Link de Festo, que incluye servoaccionamientos de muy baja tensión, terminales de válvulas, válvulas proporcionales, controles de movimiento, sensores de caudal, presión y posición, se puede conectar al CPX-AP-I, lo que garantiza la conectividad desde el actuador hasta la nube.

 

Big Data

Si bien no es práctica normal transmitir video HD por la red en una máquina, si el progreso nos enseña algo, es que los requerimientos de ancho de banda en una red se aceleran exponencialmente con el tiempo. El protocolo AP de Festo no solo es lo suficientemente rápido como para manejar video, sino que su concepto multicanal asegura que el usuario pueda parametrizar el tamaño del canal de datos cíclicos y el canal de datos no de tiempo real. De esta forma se consigue que los datos cíclicos nunca se vean afectados negativamente y se garantiza un comportamiento determinístico. Esto hace que los datos acíclicos estén disponibles para las funciones de mantenimiento predictivo, tales como monitoreo de la calidad del cable, de los tiempos de carrera del actuador y futuras funciones adicionales.

El usuario puede usar estas herramientas para minimizar costos de mantenimiento y optimizar tanto la disponibilidad de la máquina como los tiempos de ciclo.

 

Software

Festo Automation Suite se refiere a un paquete de software para parametrización, programación y mantenimiento de dispositivos de Festo, lo que incluye controladores mecánicos, de accionamiento y de movimiento. CPX-AP-I no es la excepción y con AP-I conforman un nuevo plug-in para Festo Automation Suite.

Los usuarios podrán seguir usando sus herramientas existentes, por ejemplo TIA Portal, sin necesidad de usar Festo Automation Suite, pero este software permite a los usuarios comisionar partes de la máquina incluso antes de instalar el PLC.

 

¿El futuro para AP?

Con una velocidad de red de 200 Mbaud/s y un tiempo de ciclo de 15 µs, el sistema ofrece control de movimiento sincronizado y no sólo una simple conectividad de E/Ss. Con AP ASIC, el futuro de los controles de movimiento, dispositivos neumáticos y accionamientos conectados de IoT de bajo costo, nadie puede dudar de que está bien asegurado.

 

Preparado en base a una presentación de Nigel Dawson, de Festo.

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