Las redes industriales permiten la comunicación de datos entre instrumentos y procesos en una industria. Se clasifican en tres niveles: nivel de dispositivo, nivel de control y nivel de información. Las redes industriales más comunes incluyen Ethernet, DeviceNet y Modbus y son más fiables que las redes tradicionales debido a la verificación de errores y reintentos.

1. Barcelona, marzo, 2021
Redes industriales

2. ¿Qué son las redes industriales?
Se trata de un protocolo de comunicación que considera el paso
de información entre instrumentos y procesos. Las redes
industriales son así un medio para lograr que todo lo involucrado
en un proceso industrial pueda comunicarse dentro de una misma
plataforma.

3.  Los tres importantes mecanismos de control utilizados en el campo de
la automatización industrial incluyen controladores lógicos
programables (PLC) , control de supervisión y adquisición de datos
(SCADA) y sistema de control distribuido (DCS) . Todos estos elementos
tratan con instrumentos de campo, dispositivos de campo inteligentes,
PC de control de supervisión, controladores de E / S distribuidas y
trajes HMI.
 Para proporcionar una interconexión entre estos dispositivos y
también para permitir la comunicación entre ellos, se necesita una red
o esquema de comunicación más potente y eficaz. Se diferencian
bastante de las redes empresariales tradicionales. Estas redes
industriales forman una ruta de comunicación entre dispositivos de
campo, controladores y PC.
Los medios de transmisión para transmitir los datos y
las señales de control pueden ser cableados o
inalámbricos

4. Niveles jerárquicos en redes de comunicación
industrial
En una industria de fabricación o de procesos, la información o los
datos fluyen de un nivel de campo a otro de empresa (de abajo hacia
arriba) y viceversa.
Los diferentes niveles tienen que manejar diferentes requisitos de
un nivel en particular. Por lo tanto, es obvio que no se necesitan
requisitos de dirección de red de comunicación únicos para cada
nivel. Por lo tanto, diferentes niveles pueden usar diferentes redes
en función de los requisitos tales como volumen de datos,
transmisión de datos, seguridad de datos, etc.

5. En función de la funcionalidad, las redes de comunicaciones
industriales se clasifican en tres niveles generales que se describen
a continuación:

6. Nivel de dispositivo:
Este nivel más bajo consta de dispositivos de campo como
sensores y actuadores de procesos y máquinas. La tarea de
este nivel es transferir la información entre estos dispositivos y
los elementos técnicos del proceso, como los PLC. La
transferencia de información puede ser digital, analógica o
híbrida. Los valores medidos pueden permanecer durante
períodos más largos o breves.

7. Nivel de control:
Este nivel consta de controladores industriales como PLC, unidades de
control distribuidas y sistemas informáticos. Las tareas de este nivel
incluyen la configuración de dispositivos de automatización, carga de
datos de programa y datos de variables de proceso, ajuste de variables
establecidas, supervisión de control, visualización de datos de variables
en HMI, archivo histórico, etc. Por lo tanto, este nivel requiere
características como tiempo de respuesta corto, transmisión de alta
velocidad , longitudes de datos cortas, sincronización de máquinas, uso
constante de datos críticos, etc.

8. Nivel de información:
Este es el nivel superior del sistema de automatización
industrial que recopila la información de su nivel inferior, es
decir, el nivel de control. Se trata de grandes volúmenes de
datos que no están en uso constante ni son críticos en cuanto
al tiempo. En este nivel existen redes a gran escala. Por lo
tanto, las WAN Ethernet se utilizan comúnmente como redes
de nivel de información para la planificación de la fábrica y el
intercambio de información de gestión. A veces, estas redes
pueden conectarse a otras redes industriales a través de
pasarelas.

9. Redes industriales de uso común
Existen muchas redes de comunicación diferentes diseñadas
para interconectar dispositivos de campo industriales y varios
módulos de E / S. Estos se describen en base a ciertos
protocolos. Un protocolo es un conjunto de reglas que se
utilizan en la comunicación entre dos o más dispositivos.
Según estos protocolos, las redes de comunicación se
clasifican en muchos tipos. A continuación se describen
algunos estándares de comunicación industrial comunes y
populares.

10. La necesidad de redes industriales
Las redes industriales fueron el resultado del auge y la
aceptación de los PLC como el controlador preferido para la
mayoría de las aplicaciones industriales. A medida que los PLC y
sus aplicaciones crecieron, siguieron las siguientes demandas
para redes industriales:
1. Cargue y descargue programas desde una computadora personal
que ejecute un software de programación de PLC.
2. Supervise la ejecución de un programa mientras está "en línea" con
el PLC.
3. Comunicarse desde un PLC a módulos distribuidos de entrada y
salida (E / S).
4. Comunicarse entre PLC para intercambiar datos de control críticos.

11. Otros usos de las redes industriales también han evolucionado a
medida que las aplicaciones industriales y otros productos se
volvieron más sofisticados. La protección del motor en forma de
relés de sobrecarga avanzó desde dispositivos electromecánicos
hasta dispositivos de estado sólido que ofrecen una mejor
protección del motor, así como la capacidad de comunicarse en
redes industriales. Los arrancadores suaves y los variadores de
frecuencia (VFD) se inventaron para proporcionar funciones de
control adicionales para aplicaciones de motores. Estos
dispositivos también proporcionaron conectividad a redes
industriales.

12. Actualidad
Hoy en día, las redes industriales han evolucionado hasta
el punto en que todo tipo de dispositivos de control y
protección de motores son controlados y monitoreados
por PLC que utilizan redes industriales. Los módulos de E /
S distribuidas también están conectados a estas mismas
redes que los dispositivos de interfaz hombre-máquina
(HMI).

13. Fiabilidad de la red industrial
La razón principal de la aceptación de redes industriales en aplicaciones
industriales es la confiabilidad. Por ejemplo, las primeras redes
industriales básicamente enviaban datos de un PLC a otro y esperaban
que llegaran allí sin corromperse. Hay muchas fuentes de ruido eléctrico
en las instalaciones industriales, como el arranque y la parada de
motores grandes y la conmutación de fuentes de alimentación. Esta
energía eléctrica puede cambiar los datos que se transmiten a través de
las redes de comunicación. Esto era inaceptable en aplicaciones
industriales. Especialmente cuando se controlan las E / S críticas.
Poco después de que las redes industriales estuvieron
disponibles, se les agregó algo llamado verificación de
errores y reintentos.

14. Verificación de errores
La verificación de errores y los reintentos garantizaron que
los datos de control críticos no se usaran a menos que se
consideraran intactos. Esto permitió la aceptación de redes
industriales en la mayoría de las instalaciones industriales. El
proceso real de verificación de errores se ha vuelto mucho
más sofisticado a lo largo de los años, pero el principio
básico aún se mantiene. Los datos transmitidos solo deben
utilizarse una vez que se haya verificado que no están
dañados.

15. Propiedad de las redes industriales
"abiertas"
Principalmente debido al impulso de los grandes clientes de fabricación de estos
proveedores de PLC para "abrir" redes industriales, se crearon nuevas redes
administradas por organizaciones de terceros. Estas redes eran las siguientes redes
de bus de campo basadas en RS-485:
• DeviceNet, administrado por odva.org
• PROFIBUS, administrado por profibus.com
• Serie Modbus, administrada por modbus.org
Esto abrió la puerta a cualquier empresa para desarrollar productos en estas
redes abiertas. Esto es lo que querían los grandes usuarios finales. Querían
tener la capacidad de comprar los productos que necesitaban de los
fabricantes de su elección y saber que estos productos funcionarían
correctamente en la red.

16. Estas redes abiertas iniciales todavía existen hoy en
día, pero también han evolucionado hacia sus
versiones de protocolo de control de transmisión
Ethernet / protocolo de Internet (TCP / IP).
1.EtherNet / IP evolucionó de DeviceNet
2.PROFINET evolucionó de PROFIBUS
3.Modbus TCP evolucionó de Modbus serial

17. El futuro de las redes industriales
Siempre es difícil predecir el futuro de la tecnología con los
increíbles avances técnicos que ocurren constantemente. Pero
parece que las redes industriales basadas en Ethernet están
aquí para quedarse en el futuro previsible. Se agregarán y se
agregarán características avanzadas adicionales. Algunos
ejemplos son: rendimiento más rápido, mejor determinismo,
control en tiempo real, ciberseguridad, opciones inalámbricas
y opciones de protocolo de seguridad.

18. Las redes industriales basadas en Ethernet pueden seguir los
avances tecnológicos de Ethernet TCP / IP comercial. Esto
también asegura que el costo de los medios físicos se
mantendrá al mínimo incluso con versiones industriales de
cables e interruptores Ethernet. Una vez que la red de
comunicaciones comerciales cambie de Ethernet a algo
nuevo y mejor, la industria seguirá. Pero, solo a su propio
ritmo cuando se considere confiable.

19. Beneficios
Los beneficios para la industria automatizada son grandes, y
significan una inversión inteligente para los ambientes de
producción. Las redes industriales representan reducción y
simplificación de cableado, flexibilidad en sistema de
manufactura, optimización para procesos y flexibilidad

20. La comunicación de datos se refiere a la transformación de información o datos,
principalmente en formato digital, de un transmisor a un receptor a través de un enlace
(que puede ser de alambre de cobre, cable coaxial, fibra óptica o cualquier otro medio)
que conecte estos dos.
Las redes industriales tradicionales se utilizan para permitir la comunicación de datos
entre ordenadores, ordenadores y sus periféricos y otros dispositivos. Por otro lado, la
red de comunicación industrial es un tipo especial de red hecha para manejar el control
en tiempo real y la integridad de los datos en entornos difíciles sobre grandes
instalaciones.
Las comunicaciones industriales, por lo general, utilizan Ethernet, DeviceNet, Modbus,
ControlNet, etc.
Características de una red de comunicación
industrial