Ethernet industrial
Ethernet industrial ( IE ) es el uso de Ethernet en un entorno industrial con protocolos que proporcionan determinismo y control en tiempo real. [1] Los protocolos para Ethernet industrial incluyen EtherCAT , EtherNet/IP , PROFINET , POWERLINK , SERCOS III , CC-Link IE y Modbus TCP . [1] [2] Muchos protocolos Ethernet industriales utilizan una capa de control de acceso al medio (MAC) modificada para proporcionar baja latencia y determinismo. [1] Algunos microprocesadores proporcionan soporte para Ethernet industrial.
Ethernet industrial también puede referirse al uso de protocolos Ethernet estándar con conectores robustos e interruptores de temperatura extendidos en un entorno industrial , para automatización o control de procesos . Los componentes utilizados en áreas de proceso de planta deben estar diseñados para funcionar en entornos hostiles de temperaturas extremas, humedad y vibración que excedan los rangos para equipos de tecnología de la información destinados a ser instalados en entornos controlados. El uso de variantes de Ethernet de fibra óptica reduce los problemas de ruido eléctrico y proporciona aislamiento eléctrico.
Algunas redes industriales enfatizaban la entrega determinista de los datos transmitidos, mientras que Ethernet utilizaba la detección de colisiones , lo que dificultaba la estimación del tiempo de transporte de los paquetes de datos individuales a medida que aumentaba el tráfico de la red. Normalmente, los usos industriales de Ethernet emplean estándares full-duplex y otros métodos para que las colisiones no influyan de forma inaceptable en los tiempos de transmisión.
Entorno de aplicación
El uso industrial requiere tener en cuenta el entorno en el que debe funcionar el equipo. El equipo de fábrica debe tolerar un rango más amplio de temperatura, vibración, contaminación física y ruido eléctrico que el equipo instalado en armarios de cableado dedicados a la tecnología de la información . Dado que el control de procesos críticos puede depender de un enlace Ethernet, el costo económico de las interrupciones puede ser alto y, por lo tanto, la alta disponibilidad es un criterio esencial. Las redes Ethernet industriales deben interoperar con los sistemas actuales y heredados, y deben proporcionar un rendimiento y una capacidad de mantenimiento predecibles. Además de la compatibilidad física y los protocolos de transporte de bajo nivel, un sistema Ethernet industrial práctico también debe proporcionar interoperabilidad de niveles superiores del modelo OSI . Una red industrial debe proporcionar seguridad tanto contra intrusiones desde fuera de la planta como contra el uso inadvertido o no autorizado dentro de la planta. [3]
Cuando una red industrial debe conectarse a una red de oficina o a redes externas, se puede insertar un sistema de cortafuegos para controlar el intercambio de datos entre las redes. Esta separación de redes preserva el rendimiento y la confiabilidad de la red industrial.
Los entornos industriales suelen ser mucho más duros, a menudo sujetos a salpicaduras de aceite, salpicaduras de agua y vibraciones físicas, por lo que a menudo la Ethernet industrial requiere un conector más resistente y hermético en uno o ambos extremos del cable Cat 5 o Cat 6 , como conectores M12 o conectores M8, en lugar de los conectores 8P8C que se utilizan comúnmente en hogares y empresas. [4] [5]
Ventajas y dificultades
Los controladores lógicos programables (PLC) se comunican mediante uno de los diversos protocolos abiertos o propietarios posibles, como EtherNet/IP , EtherCAT , Modbus , Sinec H1 , Profibus , CANopen , DeviceNet o FOUNDATION Fieldbus . La idea de utilizar Ethernet estándar hace que estos sistemas sean más interoperables .
Algunas de las ventajas sobre otros tipos de redes industriales incluyen:
- Mayor velocidad, de 9,6 kbit/s con RS-232 a 1 Gbit/s con Gigabit Ethernet
- Capacidad de utilizar cables Cat5e / Cat6 omnipresentes
- Opción de utilizar fibra óptica para aumentar la distancia
- Capacidad de utilizar hardware de red estándar para comunicaciones cableadas e inalámbricas
- Capacidad de tener más de dos nodos en enlace, lo que era posible con RS-485 pero no con RS-232
- Posibilidad de utilizar arquitecturas peer-to-peer en lugar de arquitecturas cliente-servidor
- Mejor interoperabilidad
Las dificultades de utilizar Ethernet industrial incluyen:
- Migración de sistemas existentes a un nuevo protocolo
- El rendimiento en tiempo real puede verse afectado por los protocolos que utilizan TCP
- Complejidad adicional asociada con la tecnología de red
- El tamaño mínimo de la trama Ethernet es de 64 bytes, mientras que los tamaños de datos de comunicación industrial típicos pueden estar más cerca de 1 a 8 bytes. Esta sobrecarga del protocolo afecta la eficiencia de la transmisión de datos.
Véase también
- Capa física avanzada
- Ethernet automotriz
- Red de computadoras
- Sistema de control distribuido
- Bus de campo
- Interfaz hombre-máquina
- Protocolo de redundancia de medios
- Modbus
- Protocolo de redundancia paralela
- Control de procesos
- Controlador lógico programable
- Sistema de control de acceso controlado (SCADA)
Referencias
- ^ abc Lin, Zihong (2018). Una mirada al interior de los protocolos de comunicación Ethernet industriales (Rev. B) (PDF) . Texas Instruments.
- ^ Zurawski, Richard (2014). Manual de tecnología de comunicación industrial (segunda edición). CRC Press. ISBN 978-1482207323.
- ^ Perry S. Marshall, John S. Rinaldi (2004). Cómo planificar, instalar y mantener redes Ethernet TCP/IP . ISA. ISBN 1-55617-869-7 . págs. 1–4.
- ^ "Guía de campo: conectividad Ethernet industrial". 2017.
- ^ Dietmar Röring. "Sistemas de conexión Ethernet M12 frente a RJ45". 2014.
Enlaces externos
- Grupo asesor de Ethernet industrial
- Lammermann.eu: Ethernet como tecnología en tiempo real
