Ethernet atraviesa el último tramo a nivel de campo

En sus comienzos, las aplicaciones de control a nivel industrial se implementaban con señales neumáticas generadas utilizando presión de aire, las cuales se convertían en comunicación y movimiento. Luego aparecieron las señales eléctricas analógicas donde los niveles de corriente, tales como 4-20 mA, eran interpretadas como diferentes valores de proceso o acciones de control.

La siguiente gran evolución fue la comunicación por fieldbus, que ofrecía transmisión serie half-duplex mediante una señal de datos digital transmitida un bit por vez en secuencia, lo que significó una amplitud mucho mayor de control, comunicación de variables de proceso y diagnósticos.

El avance más reciente en automatización es la comunicación Ethernet, que permite la comunicación full duplex con paquetes de datos complejos, lo que podía transmitir más información con mayor rapidez que nunca. La mayor complejidad y el elevado costo de las primeras iteraciones de Ethernet mantuvieron inicialmente esta tecnología limitada a funcionar como red troncal de comunicación en un nivel de red superior. Hoy en día, sin embargo, gracias a nuevos estándares, tales como Single Pair Ethernet (SPE) y Ethernet-APL, Ethernet está atravesando el último tramo hacia los dispositivos de campo de una manera de costo económico para conformar una red de automatización más potente y sin fisuras.

Este siguiente paso en el uso de Ethernet aportará los valiosos beneficios esperados durante mucho tiempo por los usuarios finales y que servirán para alimentar la revolución de Industria 4.0.

 

Nueva tecnología 

Ethernet-APL es una nueva capa física bifilar intrínsecamente segura destinada a aplicaciones de automatización de procesos exigentes. Ethernet-APL está conformada por SPE (IEEE 802.3cg-2019, 10BASE-T1L), alimentación, seguridad intrínseca (IEC 60079, 2-WISE) y cable fieldbus Tipo A (IEC 61158-2, para seguridad intrínseca).

Ethernet-APL acepta hasta 1.000 m de longitud de línea troncal y una velocidad muy aumentada a 10 Mbit/s. Por ser una capa física, Ethernet-APL permite a los usuarios finales acceder a servicios de seguridad y protección estándar basados en IEC 61508 e ISA/IEC 62443. Además, Ethernet-APL soporta EtherNet/IP, HART-IP, OPC UA, PROFINET o cualquier otro protocolo de red de mayor nivel.

La tecnología Ethernet-APL ya está disponible, lo que incluye publicación de especificaciones, guías de ingeniería y planes de testeo de conformidad. También han quedado definidos los perfiles de puerto que crea el concepto Ethernet-APL para múltiples niveles de alimentación con y sin protecciones de área peligrosa de seguridad intrínseca.

 

Dispositivos en gabinete de recursos restringidos

El soporte de dispositivos en gabinete de recursos restringidos EtherNet/IP es un importante avance tecnológico que utiliza SPE para llevar Ethernet a dispositivos en gabinete de recursos restringidos, tales como contactores y pulsadores.

Las restricciones de costo, tamaño y alimentación, históricamente han limitado el uso de EtherNet/IP en el borde, donde muchos nodos todavía son cableados.

Esta falta de conectividad de red da como resultado una instalación que insume tiempo, una resolución de problemas exigente y la ausencia de información de diagnóstico.

Sin embargo, la constante disminución de costo de los chips semiconductores, combinada con la disponibilidad de SPE, ha aumentado la conectividad de los dispositivos simples, evidenciada por la rápida expansión de IIoT. El fuerte crecimiento de EtherNet/IP, junto a la aceleración de la convergencia IT/OT, ha permitido su implementación en gabinetes de dispositivos de automatización de menor nivel.

La solución de bus en gabinete EtherNet/IP reduce los componentes de interface mediante el uso de SPE (IEEE Std 802.3cg-2019 10BASE-T1S) y hace bajar el costo de los nodos gracias a un cableado multidrop que abarca todo el gabinete con una sola interface por dispositivo y un puerto de switch que soporta numerosos dispositivos, lo que reduce el costo de comisionamiento y también el costo de hardware.

EtherNet/IP para dispositivos en gabinete con recursos restringidos aporta diagnósticos adicionales, mayor capacidad de información y parametrización de activos y mayor capacidad de descubrimiento automático de topología de nodos y reemplazo de dispositivos tipo ‘plug and play’ respecto de los dispositivos cableados existentes. SPE permite el uso de una red EtherNet/IP sin problemas para dispositivos restringidos y no restringidos.

 

Ethernet atraviesa el último tramo a nivel de campo

 

CIP Security

Además de la expansión de EtherNet/IP en cuanto a soluciones en gabinete, CIP Security puede brindar ahora protecciones para dispositivos con recursos restringidos, lo que incluye autenticación de dispositivos, un amplio dominio de confianza, identidad de dispositivos vía claves PSKs (Pre-Shared Keys) e integridad de dispositivos. También se dispone de opciones de dominio de confianza angosto, autenticación de usuario y refuerzo de políticas a través de un gateway o un proxy.

La posibilidad de agregar dispositivos más simples a EtherNet/IP se traduce en capacidad de diagnósticos remotos, información de activos y parametrización. La incorporación de más nodos a la red dentro del contexto de la convergencia de IT/OT hace que la seguridad a nivel de dispositivo sea crítica a la hora de proteger contra daños físicos y pérdidas monetarias.

 

Novedades en redes

Las mejoras impulsadas por SPE y Ethernet-APL extienden la gama de aplicaciones de Ethernet a nivel de campo. El uso ampliado de Ethernet en dispositivos de campo se traducirá en un importante incremento tanto en la cantidad de datos como en la velocidad con que se transportan y llevará a un gran número de nuevas posibilidades y beneficios en las aplicaciones de automatización existentes.

Un comisionamiento más rápido significa que las tareas que solían tomar minutos ahora se reducen a segundos. Por su parte, otro beneficio importante es el acceso a diagnósticos complejos que permite una resolución más fácil y más rápida de problemas en dispositivos y sistema.

Además, más poder de procesamiento podrá llevar los simples diagnósticos de identificación de problemas a pronósticos de alerta de problemas gracias al análisis de la degradación de métricas tales como presión o calidad de señal en relación a límites operativos conocidos.

El movimiento de grandes cantidades de datos permite el procesamiento en un dispositivo de borde in situ o mediante un servidor remoto en la nube para identificar tendencias en cuanto a un aumento de la producción operativa o identificar oportunidades de reducción de costos.

Avances adicionales en la tecnología Ethernet, tales como los estándares IEC/IEEE 60802 de TSN (Time Sensitive Networking), permiten que las redes de automatización puedan compartir el cable de manera simple y aceptable, tanto entre sí como con otro tráfico de comunicación, por ejemplo video, que se puede usar para identificar defectos con machine learning o para seguridad. También se pueden tener todos los beneficios de seguridad y protección de las tecnologías anteriores, aunque de manera diferente y a veces mejorada.

En resumen, Ethernet ofrece nuevas posibilidades, tales como comisionamiento remoto mejorado, gestión de activos, control, analítica y diagnósticos/pronósticos, todo lo cual seguirá impulsando su adopción a nivel de campo.

 

Preparado en base a un documento de ODVA.

Modificado por última vez en Viernes, 14 Enero 2022 14:39
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