Los protocolos de comunicación industrial son un conjunto de reglas establecidas que tienen como objetivo crear una comunicación fluida entre dispositivos y sistemas industriales. En los últimos años, se han desarrollado muchos protocolos de comunicación, cada uno dedicado a un propósito y entorno específicos.
Estos protocolos se utilizan para proporcionar equipos de campo, como sensores inalámbricos y máquinas, con conectividad dentro y entre redes industriales. En términos generales, las redes industriales se pueden diferenciar en cuatro capas diferentes:
Esta capa consta de transductores, actuadores o sensores inalámbricos. Estos dispositivos recopilan información de control del proceso o ambiental y la transmiten a los sistemas de control o monitoreo. También ejecutan comandos de campo, como mover físicamente el rotor.
Consta de controladores lógicos, como PLC o sistemas de control distribuido (DCS). Su función principal es proporcionar control local de los diversos dispositivos en una red industrial.
Incluye un SCADA/HMI para un mejor control y supervisión de la actividad industrial.
Características de los protocolos de comunicación industrial
Cada protocolo de comunicación industrial tiene su propio método de verificación que cubre la autenticación, detección, señalización y corrección de errores. Esta verificación se utiliza en los protocolos para garantizar que los datos recibidos en un nodo de destino sean idénticos a los datos transmitidos. El ruido eléctrico, los problemas de conexión o una pieza defectuosa pueden interferir con las comunicaciones de datos efectivas.
Los protocolos de comunicación industrial pueden comunicarse con las redes utilizando 3 métodos diferentes: el maestro/esclavo, el token ring y el Peer-To-Peer (P2P). A su vez, los protocolos se subdividen en propietarios y abiertos en función de si han sido desarrollados por un fabricante concreto o si han sido concebidos y desarrollados por más de una organización actuando de manera colaborativa. La mayoría de los protocolos abiertos se han desarrollado a través de largos procesos iterativos de propuestas, consultas y ajustes a los estándares propuestos antes de que se publique un estándar.
Los siguientes son los principales protocolos de comunicación industrial.
Modbus
Se trata de un protocolo de comunicación basado en una arquitectura maestro/esclavo o cliente/servidor. El principal objetivo del protocolo es facilitar una comunicación fiable y rápida entre dispositivos de automatización y campo.
Modbus permite conectar un dispositivo maestro –como puede ser un ordenador– con varios dispositivos esclavos, como sistemas de medición y control.
Los diferentes modos de transmisión de datos de Modbus son los siguientes:
- Modbus TCP. De comunicación Ethernet TCP/IP basada en un modelo cliente/servidor.
- Modbus RTU. Consistente en una transmisión asincrónica en serie a través de RS-232 o RS-485.
- Modbus ASCII. Es parecido al anterior salvo que utiliza un formato de datos diferente y no es tan usado como el RTU.
Profibus
Esta red de comunicación es adecuada tanto para aplicaciones rápidas y sensibles como para tareas de comunicación complejas. Otra característica importante es que los datos se transmiten en ciclos, de forma muy eficiente y rápida. Sin embargo, las alarmas, los parámetros y los diagnósticos se transmiten solamente cuando es imprescindible, de manera no cíclica.
A nivel de campo, los periféricos distribuidos, como módulos de E/S, transductores, accionamientos, válvulas y paneles de operación funcionan en los sistemas de automatización, a través de un eficiente sistema de comunicación en tiempo real, ya sea el Profibus DP o el Profibus PA.
Es una solución de alta velocidad. Es fruto de un desarrollo específico para la comunicación entre los sistemas de automatización y los equipos descentralizados. Es aplicable en sistemas de control donde se enfatiza el acceso a dispositivos distribuidos de E/S. Hoy en día, alrededor del 90% de las aplicaciones en las que se utiliza Profibus, llevan el Profibus DP.
Desarrollado para cubrir los requisitos de la automatización industrial donde los sistemas de automatización y los sistemas de control de procesos se conectan con los equipos de campo, como transmisores de presión y temperatura, convertidores o posicionadores, entre otros.
Permite la medición y el control a través de una línea y dos cables individuales. También alimenta los equipos de campo en zonas intrínsecamente seguras. Además, permite el mantenimiento y la conexión/desconexión de los equipos incluso durante el funcionamiento sin interferir en otras estaciones en zonas.
Profinet
Profinet es un protocolo de comunicación Ethernet industrial basado en estándares abiertos TCP/IP e IT y desarrollado con un enfoque en la semejanza a Profibus DP. Es un mecanismo para intercambiar datos entre controladores y dispositivos.
Los controladores suelen ser autómatas programables (PLC) y Sistemas de Control Distribuido (DCS), mientras que los dispositivos pueden ser modulos de E/S, sistemas de visión artificial, lectores de sistemas RFID, proxies, o incluso otros autómatas.
En la tecnología de automatización de hoy en día, Ethernet y la tecnología de la información están cada vez más a la orden del día con estándares establecidos como TCP/IP y XML.
La industria precisa una comunicación más precisa, debido a los altos costes operativos y requisitos de productividad. A diferencia de Internet, en las fábricas los datos y mensajes deben llegar exactamente cuando se esperan, por lo que no son aceptables los retrasos y errores.
DeviceNet
Es una red de nivel de dispositivo abierto basada en tecnología CAN. Fue diseñada para interconectar dispositivos de nivel de campo como interruptores, sensores, pantallas de panel o lectores de códigos de barra, con controladores de nivel superior como el PLC. Tiene capacidad para soportar 64 nodos y 2048 dispositivos.
Permite reducir el coste de la red por la integración que realiza de todos los dispositivos en un cable de cuatro hilos que transporta tanto datos como conductores de energía. La alimentación de la red permite que los dispositivos se alimenten directamente desde la red y, por lo tanto, son menos los puntos de conexión físicos. Se utiliza sobre todo en las industrias de semiconductores y en la automotriz.
Ethernet
Es un estándar de red de comunicación capaz de manejar grandes cantidades de datos a velocidades de 10 Mbps o 100 Mbps, y hasta 1500 bytes por paquete. Es una especificación que utiliza un protocolo abierto en la capa de aplicación.
Su aplicación industrial se basa fundamentalmente para aplicaciones de control. Es fácil de configurar, operar, mantener y ampliar. Asimismo, es compatible con la mayoría de los switch Ethernet.
Se trata de una tecnología que se utiliza con ordenadores personales, mainframes, robots, dispositivos y adaptadores E/S y PLCs, entre otros dispositivos.
ControlNet
Es una red de control abierta, que utiliza el protocolo industrial común (CIP) para combinar la funcionalidad de una red P2P y una red de E/S, proporcionando un rendimiento de alta velocidad. Es la combinación de una Data Highway Plus (DH+) y una E/S remotas. Se utiliza, sobre todo, para la transferencia de datos en tiempo real de datos críticos para el tiempo.
Puede mantener comunicados un máximo de 99 nodos con una velocidad de transferencia de datos de cinco millones de bits por segundo. Proporciona redundancia de medios y comunicación en todos los nodos de la red.
