La pirámide de las comunicaciones industriales constituye, en realidad, una forma gráfica de representar el conjunto de sistemas de control distribuidos en una compañía.
Antiguamente, las máquinas podían estar cerca de un mismo PLC que ejerciera el control de los procesos, pero hoy en día intervienen numerosos equipos en la fabricación y la gestión: máquinas, sensores, PLC...
Los procesos de producción cada vez más complejos, junto a las posibilidades del Industrial Internet of Things y a la necesidad de procesar e interpretar datos en tiempo real mediante Big Data, han hecho que la infraestructura de una fábrica adquiera una envergadura mucho mayor. Fruto de ello, las empresas requieren más armarios de control, más alejados de las máquinas y más interconectados entre ellos.
“No puede haber una parte del proceso que no sepa cómo se encuentra otra parte”, insiste Francisco Sánchez. Ahí entran en juego los buses de comunicación. Son redes a las que están conectados todos los equipos de la fábrica (o las fábricas) y que se encargan de recoger datos de toda la instalación.
Cada elemento de la fábrica habla su idioma, así que los protocolos de comunicación industrial aportan reglas para que los dispositivos se puedan comunicar y transmitir información al conjunto.
Algunos de los protocolos de comunicación más comunes son AS-i, Profibus y Ethernet. Cada uno de ellos interviene en un escalón distinto de la pirámide en la que se organiza la automatización de la empresa.
Una pirámide para gobernarlos a todos
La pirámide es una forma de organizar e interconectar todos los equipos de la compañía para automatizar operaciones, optimizar la producción y gestionar los procesos de manera eficiente. Consta de varios niveles de redes que se conectan entre sí a través de pasarelas de comunicación.
Nivel de sensores y actuadores: protocolo de comunicación AS-i
La base de la pirámide está poblada de sensores y actuadores. Para transportar sus datos, estos dispositivos necesitarían una cantidad ingente de cables. No es una solución recomendable por el riesgo de las pérdidas de señal. El protocolo de comunicación AS-i es una de las soluciones más habituales. Se caracteriza por utilizar un único cable bifilar que enlaza todos los elementos. También destaca por su sencillez de montaje y su facilidad de mantenimiento.
Este protocolo de comunicación industrial puede tener hasta 31 esclavos conectados y una longitud de red de hasta 300 metros usando repetidores. Entre sus mayores limitaciones se encuentra el hecho de que no puede comunicar distintos PLC entre sí.
Nivel de campo: protocolo de comunicación Profibus
En el segundo peldaño de nuestra pirámide, el nivel de campo, nos encontramos las conexiones de diferentes partes de la máquina, como variadores de frecuencia o grupos de válvulas.
Para esta fase, el bus de comunicación más extendido del mercado es Profibus. El 40% de los procesos industriales conectados hoy en día utilizan este protocolo. Y cerca de 1.400 compañías fabrican componentes de control para esta red, como servomotores, variadores y pantallas.
Mediante un PLC maestro, este protocolo permite comunicar hasta 127 estaciones y distintos PLC. Cuenta con una elevada velocidad de transmisión y una longitud que puede alcanzar los 10 km, si se usa un soporte físico de transmisión de cobre, o más de 100 km, mediante el uso de redes de fibra óptica.
Nivel de célula y nivel de gestión: protocolo de comunicación Ethernet
Seguimos subiendo por la pirámide. En el nivel de célula, el objetivo es conectar diferentes partes de los procesos. Y qué mejor manera de hacerlo que aprovechando la infraestructura previamente existente de la red local LAN.
Mediante el uso conmutadores (switch), puntos de acceso y concentradores (hub), podemos aprovechar las características de este protocolo para acceder a datos cuasi en tiempo real.
Autómatas programables, cámaras de visión artificial, servoreguladores, variadores de frecuencia, HMI, sistemas PC-SCADA, y cualquier otro dispositivo industrial que cuente con un puerto Ethernet son susceptibles de poder conectarse en este estadio.
Uno de los estándares que más está creciendo para el nivel de célula y de gestión es Profinet, este protocolo se basa en la comunicación TCP/IP y aumenta de forma significativa el número de conexiones simultáneas y la velocidad de transmisión, al tiempo que facilita las tareas de programación.
Finalmente, en el pico de la pirámide, y fruto de todo el esfuerzo de transmisión de datos que hemos hecho en los estadios anteriores, y el cual es hoy por hoy el gran objetivo de cualquier compañía en la era de la Industria 4.0: tener una visión precisa, en tiempo real y fácil de interpretar y de integrar en los estándares de gestión de la empresa, de lo que está sucediendo en la fábrica y en sus procesos gracias al correcto uso del Big Data.
