Protocolos de Ethernet industriales
Visión general
¿Qué es Ethernet?
Ethernet es un estándar de comunicación muy extendido para transferir grandes cantidades de datos rápidamente entre dispositivos. Sin Ethernet, la comunicación no sería posible en el mundo actual, ya que la mayoría de los dispositivos conectados en red utilizan este estándar.
En Ethernet, al igual que en otras tecnologías con interfaces, los datos se transmiten en forma de cambios de tensión eléctrica o señales de luz en la fibra óptica o a través de ondas de radio en los sistemas wifi.
Ethernet es extremadamente flexible y se puede utilizar en numerosos entornos, desde las redes domésticas a las grandes redes corporativas. Pero también en la automatización de las fábricas, el antiguo dominio de los buses de campo ha sido sustituido por Ethernet.
Ethernet se estandarizó ya en 1983 con la norma 802.3 y se definen las capas uno y dos de las siete capas del modelo OSI. Explicado de manera sencilla: La capa uno (capa física) se encarga de que los bits y los bytes vayan de A a B. A esta capa pertenecen, por ejemplo, los cables de red y de fibra óptica al igual que las tarjetas de red. La capa dos (enlace de datos) garantiza la transmisión correcta y fiable de bloques de datos entre dos dispositivos que están unidos por la capa uno. A esta capa pertenecen los conmutadores de red y la dirección MAC. Todo lo demás, como los protocolos que se utilizan, se encuentra en las capas superiores, de la tres a la siete, del modelo OSI y no se especifica en el estándar IEEE 802.3 para Ethernet.

¿Qué entendemos por Ethernet industrial?
Ethernet y Ethernet industrial son básicamente lo mismo. La diferencia radica en que en el Ethernet industrial se utilizan componentes más robustos que responden a las necesidades de la industria. Por ejemplo, estos componentes tienen que resistir temperaturas extremas, humedad, vibraciones e interferencias electromagnéticas. La base del funcionamiento físico es idéntico. Por ello, también se pueden utilizar componentes del Ethernet industrial en el Ethernet «normal».
Un ejemplo bastante sencillo que ilustra la diferencia entre los componentes del Ethernet y el Ethernet industrial es el conector. En el Ethernet se suele utilizar mayoritariamente un conector RJ45. Este conector es apto para los entornos del hogar y la oficina, pero no se adecúa al duro entorno de la industria. Por ello, en el Ethernet industrial se utiliza un conector M12 con código D, que además de presentar una resistencia mecánica notablemente superior, tiene también un índice de protección que puede alcanzar el nivel IP69K .

¿Qué necesita tener el aparato para una interfaz Ethernet industrial?
Cuando un aparato debe suministrar y transmitir datos, se necesita una interfaz para la transmisión de datos. Aquellos aparatos que generan gran cantidad de datos o necesitan transmitir datos a altas velocidades, apuestan por Ethernet como interfaz.
Otra interfaz para la transmisión de datos que se ha establecido en el mercado para aparatos más pequeños o más económicos es IO-Link. Si tan solo se necesita intercambiar informaciones simples, también se puede utilizar una interfaz I/O digital o análoga.

¿Qué es un protocolo de Ethernet industrial?
¿Cuáles son los retos especiales que plantea la industria a la comunicación de Ethernet?
A diferencia del intercambio de datos cotidiano en oficinas, donde a veces se envían y reciben grandes cantidades de datos, pero donde se toleran la pérdida de un paquete o el retraso en los envíos o recepciones (por ejemplo, cuando un correo electrónico llega con algo de retraso o un sitio web se tiene que volver a cargar), esto no es posible en el entorno de la producción. Si en este ámbito los estados o datos de medición registrados se transmiten con retraso o de manera poco fiable al control, el estado de la máquina o los datos de medición de la máquina no se corresponderán con el estado y los datos de medición detectados y el control se llevará a cabo con datos obsoletos.
¿Con qué soluciones se cuenta en los entornos productivos?
Para poder llegar a utilizar Ethernet en la industria, se requiere una comunicación determinística. Esta no es posible con el protocolo de aplicación típico TCP/IP porque en las redes puede haber variaciones temporales imprevistas en la transmisión de datos debido a retrasos, inestabilidad, competencia por el ancho de banda y pérdida de paquetes. Para solucionar este problema se desarrollan protocolos especiales para el Ethernet industrial. Estos se caracterizan por los cortos tiempos de latencia, la comunicación cíclica y las reacciones determinísticas.
¿Qué es el determinismo?
En la red Ethernet, el determinismo es la predictibilidad y consistencia de los tiempos y condiciones de la transmisión de datos. Esto significa que los paquetes de datos se reciben y envían en intervalos predecibles y se garantiza que siempre son entregados.
¿Para qué sirven los protocolos de Ethernet industrial?
Los protocolos de Ethernet industrial como PROFINET, EtherNet/IP y EtherCAT recurren a la misma física de Ethernet (capas 1 y 2) como, por ejemplo el protocolo TCP/IP. Sin embargo, se diferencian radicalmente en las capas superiores 3-7 en algunos aspectos.
Ofrecen comunicación cíclica y acíclica, posibilitan el funcionamiento a tiempo real, priorizar el tráfico de datos y la solidez para poder afrontar las necesidades de las fábricas y de los sistemas de automatización. Además, en el protocolo se especifica exactamente cómo se estructura una trama de datos y su importancia, y mientras que las conexiones convencionales TCP/IP se orientan hacia las necesidades generales de las redes y utilizan transmisiones de datos asíncronas e irregulares, los protocolos de Ethernet industrial disponen de una estructura estandarizada para la transmisión de datos en la cual se establece perfectamente la estructura de los datos en un paquete de datos. Esto permite a los usuarios acceder fácilmente a diferentes tipos de datos, como datos de parametrización, de diagnóstico, datos de entrada/salida, sin tener que preocuparse de la complicada composición de los paquetes de datos o de los laboriosos mecanismos de supervisión. Sin tales especificaciones, los usuarios de sistemas automatizados tendrían que realizar estos procesos manualmente para cada dispositivo a nivel de bits y bytes, que consumiría mucho tiempo y daría lugar a errores.
Aunque todos los protocolos de Ethernet industrial están basados en Ethernet, no son compatibles entre sí. Un dispositivo PROFINET, por ejemplo, no puede operarse en una red EtherCAT.

Resumen
- Ethernet no es un protocolo, sino un estándar de la infraestructura según IEEE 802.3 en el que funcionan los protocolos
- Un protocolo de Ethernet industrial es el «idioma» que se transporta por el Ethernet
- Los protocolos basados en Ethernet no son compatibles entre sí
¿Qué es una pasarela?
Una pasarela se utiliza como un «traductor» externo para que sea posible la comunicación entre dispositivos que utilizan diferentes protocolos o estándares de comunicación.
Con la serieMA 200 Leuze ofrece una pasarela de RS 232 para todos los protocolos habituales de Ethernet industrial (PROFINET, EtherNet/IP, EtherCAT), Ethernet TCP/IP y también para los buses de campo (PROFIBUS DP, DeviceNet, CANopen).
Protocolos de Ethernet industriales
PROFINET
«PRPROFINET» es uno de los protocolos de Ethernet industrial más extendidos en el mundo. Los controles de Siemens utilizan el protocolo de Ethernet industrial «PROFINET». Todos los sensores con protocolo de Ethernet industrial de Leuze tienen esta interfaz ya integrada en el dispositivo a través de «integrated connectivity» y se pueden reconocer por la denominación de producto x48i. No se requiere una pasarela adicional.
Visión general: Sensores con interfaz PROFINET integrada
Sensores de medición
Identificación y procesamiento de imágenes industrial
Transmisión óptica de datos, redes y sistemas de conexión
EtherNet/IP
Los sistemas de control de los fabricantes Allen Bradley / Rockwell y Schneider Electric, entre otros, utilizan el protocolo de Ethernet industrial «EtherNet/IP». Muchos sensores de Leuze tienen esta interfaz ya integrada en el dispositivo a través de «integrated connectivity» y se pueden reconocer por la denominación de producto x58i. No se requiere una pasarela adicional.
Visión general: Sensores con interfaz EtherNet/IP integrada
Sensores de medición
Identificación y procesamiento de imágenes industrial
Transmisión óptica de datos, redes y sistemas de conexión
EtherCAT
«EtherCAT» es actualmente el protocolo de Ethernet industrial que se está extendiendo más rápidamente. EtherCAT se utiliza sobre todo por Beckhoff, pero también por otros fabricantes de sistemas de control. Muchos sensores de Leuze tienen esta interfaz ya integrada en el dispositivo a través de «integrated connectivity» y se pueden reconocer por la denominación de producto x38i. No se requiere una pasarela adicional
Visión general: Sensores con interfaz EtherCAT integrada
Sensores de medición
Identificación y procesamiento de imágenes industrial