Si usted es un antiguo usuario de PC, es posible que haya oído hablar del estándar RS-232C. ¿Y la palabra PLC? De hecho, estos son los estándares y palabras que se utilizan en el campo de las redes industriales, que son muy importantes en el ámbito industrial. He aquí una rápida introducción a las redes industriales.
¿Qué es una red industrial?
Una red industrial es una red que controla los sensores y dispositivos instalados en un aparato o línea de producción y transmite la información desde ellos a un sistema superior, como un sistema de ejecución de fabricación. También se conoce como red de campo, red FA y bus de campo.
Normalmente, el sistema de red de una fábrica consta de la siguiente estructura de cuatro capas:
- Nivel 1: Red de sistemas de información
- Capa 2: Red de controladores
- Nivel 3: Red sobre el terreno
- Capa 4: Red de ahorro de cableado
Las redes de sistemas de información incluyen los sistemas de ejecución de fabricación (MES) y las redes de controladores incluyen los controladores lógicos programables (PLC). Además, las redes de campo incluyen controladores que se comunican con sensores y motores, y la capa más baja es una red de ahorro de cableado que simplifica el cableado de comunicación entre sensores y controladores.
Este artículo trata de una red de campo de tercera capa. La interfaz rs-232C conectada a los viejos PC es originalmente un antiguo estándar para esta red de tercera capa.
En los equipos de las fábricas y las líneas de producción, los componentes de una red, como los dispositivos físicos y los sensores, no fluctúan mucho y suelen estar conectados siempre los mismos. Por otro lado, no hay problemas como errores o paradas en la transmisión de datos, y se requiere que funcione siempre de forma estable y fiable a la misma velocidad, independientemente del cambio en la cantidad de transmisión de datos (esto se denomina “garantizar el rendimiento en tiempo real”).
Por lo tanto, en lugar de Ethernet, que es un estándar para redes como Internet y LAN utilizadas en oficinas, se ha desarrollado el estándar de la red original. Sin embargo, como resultado del hecho de que los sistemas de alto rango, como los sistemas de ejecución de fabricación, que han sido populares en los últimos años, se han construido sobre una base de Ethernet, y las mejoras en tiempo real, que eran puntos débiles de los sistemas de Ethernet, las redes de campo han aumentado en los estándares basados en Ethernet recientemente.
Historia y criterios de la red de campo
La idea de conectar los equipos de una fábrica con una red, recoger datos, o conectar un controlador para controlar motores, robots, etc. con una red y una gestión integrada se acerca al IoT de hoy en día en 1970. Se dice que fue en la década de 1990. Ya se habían realizado investigaciones experimentales. Sin embargo, en aquella época, en la era de la tecnología analógica, el hardware y el software digitales eran todavía escasos, por lo que se pensaba que la realización de una red digital tan práctica era cosa del tiempo.
Los posteriores avances de la tecnología digital han llevado a la aplicación práctica de las redes de campo en la década de 1990. En esa época, nacieron varios estándares, y hubo un momento en el que se agolparon unos 40 tipos de estándares. Desde entonces, la organización ha progresado, y ahora se ha reducido a más de 10 tipos de normas principales.
Existen tres redes de campo: un sistema rs-485 desarrollado a partir de RS-232C, un sistema Ethernet y un sistema inalámbrico. Como ya se ha mencionado, los estándares ethernet han dominado en los últimos años. Además, los sistemas inalámbricos están aumentando gradualmente.
Funciones para redes de campo RS-485
Se puede decir que la ventaja del sistema RS-485 es que tiene una larga historia y se ha utilizado en muchos sitios. Además, su funcionamiento es relativamente estable y tiene un excelente rendimiento en tiempo real. Además, también se caracteriza por ser resistente al ruido. Esta “alta fiabilidad” y estos “logros” son las principales razones por las que las redes de campo rs-485 se han utilizado durante más de 30 años, e incluso ahora que los sistemas Ethernet son dominantes, son un estándar bastante “difícil de desechar”.
La desventaja es que la velocidad de transmisión es más lenta que la de los sistemas ethernet. Además, el precio de los equipos suele ser ligeramente superior al de los sistemas Ethernet.
Funciones para redes de campo Ethernet
La ventaja de los sistemas Ethernet es que siguen teniendo velocidades de transmisión de mejor esfuerzo relativamente rápidas. Como los protocolos y el hardware son comunes a los sistemas de información de primer nivel, pueden introducirse fácilmente. Además, el hardware, como los cables y los adaptadores de red, es común a las redes LAN que ya se utilizan ampliamente, por lo que el precio de los equipos puede mantenerse bajo.
Por otro lado, ethernet tiene una velocidad de transmisión más lenta a medida que aumenta el tráfico de la red. Es decir, al aumentar la escala del sistema de producción, la velocidad de transmisión disminuye y se pierde el carácter de tiempo real de la transmisión de datos. Por lo tanto, es necesario un poco de ingenio para garantizar el rendimiento en tiempo real.
Características de las redes inalámbricas de campo
La mayor ventaja de los sistemas inalámbricos es que no es necesario el cableado. Esto es muy ventajoso cuando se instala una red de campo más adelante, o cuando no hay espacio bajo el suelo o el techo de la fábrica para el cableado. Además, por la misma razón, podemos responder con flexibilidad a casos como los cambios en la distribución de la fábrica. Además, el coste inicial de todo el sistema suele ser bajo, ya que no hay que pagar sólo por la instalación de los cables.
Por otro lado, la tecnología inalámbrica utiliza ondas de radio para comunicarse, por lo que la transmisión puede no tener éxito dependiendo del estado de propagación de las ondas de radio, como la difracción y la reflexión, lo que constituye una desventaja exclusiva de la tecnología inalámbrica. Por lo tanto, como norma general, las antenas de los equipos deberán colocarse en una posición en la que puedan verse mutuamente.
Normas típicas de cada linaje y su especial
La norma RS-485 y sus especialidades
Los principales son CC-Link y PROFIBUS DP.
“CC-Link” es un estándar líder desarrollado por Mitsubishi Electric en Japón y Asia. Entre sus características destacan una velocidad de transferencia de hasta 10 Mbps y una distancia de transmisión de 1,2 km, que son velocidades relativamente altas y tienen una gran distancia de transmisión. También puede conectar 64 dispositivos por red. En Japón, este estándar se ha convertido casi en el estándar de fábrica. Cc-Link es originalmente un estándar RS-485, pero en los últimos años también ha aparecido CC-Link IE basado en Ethernet. También existen controladores con conversión a Ethernet y RS-485.
“PROFIBUS DP” es un potente estándar principalmente en Europa. Tiene la mayor cuota a nivel mundial. Como característica, se pueden conectar 126 dispositivos por red. También es compatible con los cables de fibra óptica.
Estándares Ethernet y sus especiales
Los principales son “EtherNet/IP” y “EtherCAT”.
“Ethernet/IP” es un estándar de comunicación que admite la comunicación cíclica para superar los puntos débiles de Ethernet. Significa comunicación cíclica. El control de la comunicación es exclusivo de este estándar, ya que se comunica en un periodo de tiempo determinado. Esto garantiza un tiempo real aparente. También es conocido por su adopción por parte del fabricante de automóviles GM, que ha conseguido una gran cuota en Estados Unidos.
“Ether CAT” es un estándar que, en principio, limita la topología de la red (la forma de conexión física de la red) de árbol a anillo para superar las debilidades de Ethernet. Se conoce por la adopción de Toyota Motor Corporation. En una red normal, se ramifica en forma de árbol mediante un hub o router, pero EtherCAT conecta los equipos en forma de cadena. Esto da lugar a una cantidad constante de tráfico en el anillo, lo que garantiza el tiempo real.
Normas inalámbricas y sus especialidades
Los estándares inalámbricos incluyen “5G local” y “LPWA”.
El “5G local” es un uso de espacio limitado del 5G, el estándar para los teléfonos móviles de próxima generación. Se espera que la alta velocidad del 5G pueda utilizarse para las redes de campo.
“LPWA” es el método más utilizado actualmente en las redes inalámbricas de campo, y es popular por ser capaz de cubrir una gran área con baja potencia. Tiene el inconveniente de que la velocidad de transmisión es lenta, pero el coste es bajo y ayuda a la difusión.
El número de normas es que la gama de selección es amplia
Más arriba hemos presentado brevemente las normas de las redes industriales. Hay muchos estándares diferentes para las redes industriales. En la actualidad, los estándares ethernet son algo dominantes, pero los estándares basados en rs-485, que se han utilizado en muchos sitios a lo largo de los años, también son difíciles de desechar. Además, en algunos casos, se puede decir que los sistemas inalámbricos son un poco más considerables. En cualquier caso, es importante entender las características de cada estándar y elegir el más adecuado para el sistema de producción que se pretende construir. Aprovechemos la amplia gama de selecciones porque hay varios estándares.
