Qué es un protocolo de comunicación y por qué son tan populares

Los protocolos de comunicación definen el modo en que los dispositivos de campo (sensores, actuadores o robots) intercambian datos con controladores como PLC u ordenadores perimetrales. Reducen el cableado, ahorran tiempo de instalación y disminuyen los riesgos de error, al tiempo que permiten disponer de máquinas más inteligentes y fiables. Con los protocolos, los dispositivos comparten diagnósticos, el estado de E/S y datos de rendimiento, lo que admite la supervisión remota, los análisis impulsados por IA, los servicios en la nube y los nuevos modelos empresariales que impulsan la eficiencia y la innovación de los servicios.

Breve historia de los PLC y los protocolos de comunicación

Los primeros PLC se basaban en enlaces serie RS232 para conectar dispositivos como monitores o impresoras. A finales de los años 80, la tecnología de bus de campo sustituyó el complejo cableado paralelo por la transmisión digital, más tarde normalizada en IEC 61158. Desde 1999, se han utilizado ampliamente diversos sistemas de bus de campo, con protocolos basados en Ethernet y en parte en tiempo real que forman la siguiente generación. Actualmente, la conectividad en la nube, los lagos de datos y la convergencia de TI/OT definen la comunicación industrial moderna, y la seguridad es ahora una preocupación fundamental.

La convergencia TI/OT conecta el Ethernet de oficina con el Ethernet industrial

Las tecnologías de la información (TI) gestionan datos y aplicaciones, como sistemas de información, ordenadores de oficina y redes. La tecnología operativa (OT) supervisa y controla dispositivos físicos como los equipos de producción. La convergencia TI/OT integra ambas, a menudo a través de protocolos comunes. Sin embargo, las tecnologías difieren: El Ethernet industrial debe soportar condiciones más duras, como vibraciones, polvo y calor, lo que exige una mayor robustez. Está diseñado para evitar errores y responder rápidamente a las interrupciones, utilizando protocolos creados para altas velocidades de transmisión de datos, gestión de colisiones y, lo que es más importante, comunicación determinista para garantizar que los datos se transmiten a tiempo y se evitan fallos de producción.
Pero, ¿cuáles son las 10 principales tecnologías que configuran la automatización industrial en la actualidad?

1.ª generación de normas de bus de campo

En la primera generación se desarrollaron más de 30 protocolos, pero estándares como Profibus, Interbus, CANopen, DeviceNet® y CC-LINK® pronto redujeron el campo a unos pocos actores clave.

1. Profibus. Profibus se estandarizó internacionalmente (por ejemplo, EN 50170) y conectaba controladores, sensores y actuadores. Variantes como Profibus DP y PA respondían a diferentes necesidades de automatización. Fue uno de los primeros protocolos de automatización más utilizados.

2. Interbus. Interbus, uno de los primeros estándares de la industria, conectaba dispositivos en una topología de anillo para una transmisión de datos rápida y fiable en entornos industriales.

3. CANopen y 4. DeviceNet®. Ambos están basados en CAN, que se desarrolló originalmente para redes de automoción. DeviceNet® permitía una integración sencilla y rápida, popular en EE.UU., mientras que CANopen ofrecía mayor flexibilidad y funciones de gestión avanzadas.

5. CC-LINK® CC-LINK® es un bus de campo abierto de alta velocidad y en tiempo real ampliamente utilizado y normalizado en Asia.

2.ª generación de sistemas de bus de campo basados en Ethernet

6. Profinet. Profinet se utiliza ampliamente en la automatización industrial por su alto rendimiento, escalabilidad y compatibilidad con Ethernet. Admite la transferencia de datos estándar TCP/IP, en tiempo real (RT) y en tiempo real isócrono (IRT), ideal para aplicaciones complejas en las que el tiempo es un factor crítico. Profinet también permite la Industria 4.0 mediante la integración de la automatización con los sistemas informáticos, apoyando el diagnóstico, la configuración y el mantenimiento.

7. EtherNet/IP. EtherNet/IP se utiliza ampliamente en la automatización industrial por su interoperabilidad, escalabilidad y dependencia de Ethernet estándar (TCP/IP). Basado en el Common Industrial Protocol (CIP), ofrece un marco de comunicación coherente para dispositivos como sensores, actuadores y controladores. Admite comunicaciones en tiempo real y fuera de tiempo real, por lo que se adapta a aplicaciones que van desde el control sencillo hasta la fabricación compleja.

8. EtherCAT®. EtherCAT® (Ethernet for Control Automation Technology) es un bus de campo Ethernet de alto rendimiento y en tiempo real diseñado para la automatización industrial. Procesa los datos sobre la marcha a medida que las tramas pasan por los dispositivos, minimizando los retrasos y maximizando la eficacia. Conocido por su baja latencia, sincronización precisa y escalabilidad, EtherCAT® es ideal para el control de movimiento, la robótica y la fabricación a alta velocidad.

9. Powerlink. Powerlink es un protocolo Ethernet abierto y en tiempo real para la automatización industrial, que ofrece una comunicación determinista y de alta velocidad. Utiliza un mecanismo maestro-esclavo programado en el tiempo para garantizar un intercambio de datos preciso con baja latencia y fluctuación, ideal para tareas como el control de movimiento y la robótica.

10. CC-LINK® IE. CC-LINK® IE es un bus de campo abierto basado en Ethernet de alta velocidad desarrollado por la CC-LINK® Partner Association. Ofrece velocidades gigabit y comunicación determinista en tiempo real para la automatización industrial. Ampliamente utilizado en Asia, permite la integración perfecta de dispositivos a través de redes complejas y admite aplicaciones de Industria 4.0 como fábricas inteligentes e IIoT.

3.ª generación con IT/OT, IoT/IIoT y tecnología basada en la nube

Más allá de los 10 principales protocolos de automatización industrial, destacan cuatro incorporaciones clave.

• Modbus TCP. Modbus TCP es un protocolo Ethernet sencillo, abierto y ampliamente compatible para tareas en las que el tiempo no es un factor crítico. Popular para la supervisión y el control, es compatible tanto con los sistemas heredados como con los modernos. Aunque no es en tiempo real, su facilidad de uso e interoperabilidad lo hacen vital para la integración de SCADA e Industria 4.0.
• OPC-UA. OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture) es una arquitectura independiente de plataformas y orientada a servicios para el intercambio seguro y fiable de datos en la automatización industrial. Esencial para Industria 4.0 e IIoT, permite una integración TI/OT perfecta con escalabilidad, seguridad y compatibilidad con datos complejos, eventos y acceso histórico. OPC UA promueve la comunicación independiente del proveedor y las arquitecturas flexibles, impulsando la innovación en las fábricas inteligentes. Su evolución en tiempo real es OPC UA sobre TSN (Time-Sensitive Networking).
• MQTT. MQTT es un protocolo de mensajería ligero de publicación-suscripción diseñado para una comunicación eficaz en redes limitadas o poco fiables. Ampliamente utilizado en IoT y automatización industrial, permite el intercambio de datos en tiempo real, con poco ancho de banda y fiable entre sensores, dispositivos y plataformas en la nube. MQTT admite una comunicación escalable y segura y una integración perfecta de los dispositivos periféricos con los sistemas empresariales, por lo que resulta esencial para la Industria 4.0 y la fabricación inteligente.
• IO-Link®. IO-Link® es un protocolo punto a punto abierto y estandarizado que conecta sensores y actuadores a sistemas de automatización. Permite la comunicación bidireccional para datos de proceso, diagnósticos y configuración a través de simples cables de alimentación de 24 V DC. IO-Link® potencia las fábricas inteligentes mejorando la transparencia de los dispositivos, el mantenimiento predictivo y la producción flexible. Su facilidad de uso, interoperabilidad y rentabilidad hacen que sea ampliamente adoptado para una automatización y gestión de dispositivos eficaces.

Protocolos de comunicación en fábricas inteligentes

Una fábrica inteligente utiliza tecnologías digitales, automatización e intercambio de datos para crear una producción flexible, eficiente e interconectada. Integra IoT, IA, robótica, big data y sistemas ciberfísicos para la supervisión en tiempo real, las decisiones autónomas y la comunicación fluida entre máquinas, sistemas y humanos. Los protocolos de comunicación de 2.ª y 3.ª generación proporcionan la base técnica para el análisis de datos y los nuevos modelos de negocio. Instituciones como escuelas de negocios y universidades utilizan las fábricas ciberfísicas de Festo Didactic para formarse en estas tecnologías.