Ethernet IP

Empezando su desarrollo en la década de los 90 y siendo introducido al mercado en 2009, Ethernet IP es el protocolo de comunicación más joven actualmente y trae consigo diversas características que lo han posicionado como la posible solución definitiva a todas las interrogantes del sector industrial pues se concibió con la ideología y los requerimientos de Industria 4.0 que estaba, para ese entonces, próxima a establecerse como el estándar del sector. Esto debido a su fiabilidad, rendimiento e interoperabilidad en los diversos niveles de un sistema automatizado.

Fig. 1: Logo Ethernet IP.

De forma similar a otros protocolos revisados anteriormente, Ethernet agrupa diversas tecnologías, las cuales estandarizadas para garantizar que la transferencia de información sea correcta. Dichas tecnologías son las siguientes:

Modbus TCP/IP: es, esencialmente, una red Modbus tradicional dentro de un medio físico de Ethernet para la transferencia de datos discretos entre dispositivos de control.

Fig. 2: Red Modbus TCP/IP.

EtherCAT: su principal atractivo es la capacidad de todos los dispositivos de campo para extraer solo la información relevante y entregan la información solicitada por el controlador durante la transmisión de salida, es decir, realizan comunicación “sobre la marcha”.

Fig. 3: Red EtherCAT.

Ethernet/IP: es la única tecnología basada completamente en normas de Ethernet, lo cual le permite tener un número ilimitado de nodos, aunque esta cantidad suele ser limitada para mitigar la latencia y garantizar la comunicación en tiempo real.

Fig. 4: Red Ethernet/IP.

Profinet: siendo una variante de Profibus, esta tecnología permite ampliar la cantidad de dispositivos de E/S mediante el uso de switches integrados en cada dispositivo, permitiendo desconexiones cuando alguno no es necesario para el proceso y, así, liberar ancho de banda.

Fig. 5: Red Profinet.

Considerando lo anterior, resulta obvio pensar en la existencia de diversos medios de transmisión, en este caso, Ethernet cuenta con los siguientes:

10BASE5: también llamado thick Ethernet (o Ethernet grueso), es un cable tipo coaxial (RG8, RG9 o RG11) que utiliza conectores tipo AUI y permite velocidades de transferencia de hasta 10 [Mbits/s] con una distancia máxima de 2.5 [km] de red y garantiza el control de hasta 100 dispositivos por segmento.

Fig. 6: Cable thick Ethernet con conectores AUI.

10BASE2: también llamado thin Ethernet (o Ethernet delgado), es un cable coaxial fino tipo RG-58A/U, utiliza conectores tipo BNC y permite velocidades de transferencia de hasta 10 [Mbits/s] en redes con distancias de hasta 185 [m], garantizando el control de hasta 30 dispositivos en cada segmento. Cabe resaltar que esta variante fue creada con la idea de abaratar costos y simplificar su instalación, razón por la cual fue apodado como “cheapernet” (un juego de palabras que alude a “ethernet barato”), sin embargo, actualmente es considerado obsoleto, al igual que la versión anterior.

Fig. 7: Cable thin Ethernet con conectores BNC.

10BASE-T: esta versión representa un medio físico completamente renovado el cual se conoce como Ethernet 802.3i y es el más reconocible dentro de los aquí listados, siendo ahora un cable con cuatro pares trenzados sin apantallar (es decir, sin protección ante interferencia electromagnética) que utiliza conectores tipo RJ-45 y permite velocidades de hasta 10 [Mbits/s] en redes de hasta 100 [m] pero controlando hasta 1024 dispositivos.

Fig. 8: Cable Ethernet 802.3i.

10BASE-F: comparte las mismas características que la versión T pero usa fibra óptica como medio físico y, por lo tanto, conectores tipo ST.

Fig. 9: Ethernet de fibra óptica con conectores ST.

100BASE-T: también llamado fast Ethernet (o Ethernet rápido), ésta es una revisión de la versión T original la cual la velocidad de transmisión 10 veces, es decir, permitiendo la transferencia de hasta 100 [Mbits/s].

Fig. 10: Cable Cat5e.

Gigabit Ethernet: siendo ésta la versión con ancho de banda más amplio, el llamado Ehernet 802.3z es una mejora de las versiones anteriores permitiendo velocidades de hasta 1000 [Mbits/s], manteniendo la compatibilidad con otros sistemas Ethernet ya existentes. Si bien esta versión puede utilizar conectores tipo RJ-45, éstos suelen ser acompañados o sustituidos por conectores M12 de 8 pines que resultan más robustos ante las condiciones del entorno industrial como pueden ser vibraciones, golpes, polvo o humedad.

Fig. 11: Cable Cat6 con conectores RJ-45 y M12.

Un dato extra es que, debido al constante avance y los retos cada vez mayores del sector industrial, actualmente se trabaja en los sucesores de las versiones mencionadas anteriormente, las cuales podrían trabajar con velocidades de transferencia de hasta 25, 50 o 100 [Gbits/s].

Conclusiones

Si bien aquí hice mención de las versiones más generales, la verdad es que existen un gran número de variantes a este protocolo que dependen del material del medio físico (pares trenzados o fibra óptica), del tipo de topología a implementarse, de la cantidad de hilos utilizados (half o full duplex) o incluso de la existencia (o inexistencia) de protección ante interferencias electromagnéticas (UTP o STP); esto representa el avance constante de las tecnologías que componen a este protocolo y el alcance que tiene, lo cual significa que puede hacer frente a un gran número de interrogantes de los sistemas automatizados.

A lo largo de esta revisión de algunos de los principales protocolos de comunicación hemos visto que muchas de sus características se comparten y, más que eso, se heredan, dando paso así al nacimiento de nuevas tecnologías que conforman el estándar actual de la industria, esto supone un ciclo infinito donde cada vez se trate de proponer una nueva solución que parezca ser la definitiva, sin embargo, creo que aún estamos muy lejos de unificar las comunicaciones del nivel industrial pues las exigencias son cada vez mayores y deben ser cubiertas de forma inmediata. Un ejemplo de esto es la transferencia de información a través de la nube, la cual es clave y hasta podría considerarse como un paso natural en el desarrollo de las comunicaciones y, aunque Ethernet está dando los primeros pasos para su implementación estandarizada, aún no se ha logrado establecer una solución definitiva pues la tecnología actual limita la comunicación inalámbrica a niveles superiores de la pirámide.

¿Cómo serán los próximos protocolos de la industria? ¿A qué niveles se enfocarán? ¿Qué nuevos retos traerá el sector industrial? ¿Podemos pensar en un sistema automatizado donde cada dispositivo sea inalámbrico y, al mismo tiempo, seguro para los operadores y para la empresa? Podemos hacernos una infinidad de preguntas de este tipo y teorizar aún más sobre sus repuestas, sin embargo, creo que el verdadero avance tecnológico será aún más sorprendente de o que podemos imaginar.

-AHN