La implementación en toda la planta de EtherNet/IP requiere una metodología de diseño de red industrial. El seguir una metodología ayuda a crear estructura y jerarquía con el fin de mantener el rendimiento de la red en tiempo real. Además, ayuda a habilitar la convergencia de disciplinas de información y control múltiple, incluyendo: recopilación de datos, configuración, diagnóstico, discretas, proceso, lotes, seguridad, sincronización del tiempo, variador, movimiento, administración de energía y voz y video (ver Figura 1).

Figura 1. Arquitectura EtherNet/IP Convergente en toda la Planta

Para diseñar y planificar esta red, primero considere cada nivel del modelo lógico que se muestra en la Figura 2 y genere computacionalmente un documento con los requisitos de la red de las mejores prácticas y estándares de la industria, así como de cualquier capacidad de expansión futura. Después, haga un inventario de las aplicaciones y dispositivos con las dependencias de la red dentro del modelo lógico para ayudar a definir una topología lógica y física para el documento con requisitos. Implemente la instalación, obtención y configuración de la red siguiendo el documento generado con los requisitos. Luego, verifique la red comparándola con los estándares para ayudar a garantizar que se cumplan los requisitos de la red. Para maximizar la disponibilidad de la red, administre el control de cambio y monitoree la red para identificar los problemas oportunamente. Evalúe los movimientos de la red, las adiciones y los cambios como parte del proceso de control de cambio para proteger la integridad de los requisitos y el rendimiento de su red.

Figura 2. Modelo Lógico.

Recomendaciones de diseño

Las aplicaciones industriales que buscan implementar EtherNet/IP en toda la planta deben seguir estas 10 recomendaciones de diseño de la red industrial:

1. Comprenda la aplicación del dispositivo en red y los requisitos funcionales. Estos incluyen requisitos de datos, tales como patrones de comunicación y tipos de tráfico (industrial y no industrial).

2. Habilite un diseño de red listo para el futuro. Para hacer esto, utilice estándares tecnológicos e industriales, modelos de referencia y arquitecturas de referencia.

3. Cree estructura en la red EtherNet/IP en toda la planta. Desarrolle una topología lógica que utilice tanto una jerarquía de switch de múltiples niveles (Capa 2 y Capa 3) como el modelo lógico mostrado en la Figura 2. Defina las zonas y la segmentación; luego coloque los dispositivos de sistema de control y automatización industrial, los servidores u otros dispositivos terminales comunicantes dentro de la topología lógica basándose en los requisitos de ubicación, función, disponibilidad y rendimiento.

4. Segmente la topología lógica en bloques de construcción modulares. Cree redes de Capa 2 más pequeñas para minimizar los dominios de broadcast. Use las VLANs (redes de área local virtuales) dentro de una zona para segmentar los diferentes tipos de tráfico, como por ejemplo industrial y no industrial. Minimice el número de dispositivos a menos de 200 dentro de una zona y VLAN. Use firewalls para segmentar claramente las zonas de la Empresa e Industriales, creando una zona desmilitarizada (DMZ) que permita la compartición de las aplicaciones y los datos entre las zonas.

5. Use los switches industriales administrados. Estos proporcionan servicios de red claves tales como prevención de circuito, resiliencia, segmentación, priorización, sincronización del tiempo, administración de multicast, seguridad y diagnóstico.

6. Diseñe e implemente una capa física robusta que refleje la disponibilidad y los requisitos de resiliencia. Superponga la topología lógica sobre la distribución física de la planta para crear la topología física. Use enlaces de subida de fibra de 1 giga bit por segundo y trayectorias redundantes entre interruptores para una resiliencia óptima de la red. Asegure que los dispositivos terminales y los dispositivos de infraestructura de la red se comuniquen a la mejor velocidad y dúplex posibles. Despliegue el cableado físico correspondiente a las condiciones y los requisitos de la planta. Además, implemente un enfoque de defensa en profundidad para ayudar a evitar el acoplamiento del ruido a través de técnicas tales como conexión, segregación EMI, barreras de blindaje y filtro.

7. Determine los requisitos de seguridad de la red y aplicaciones. Establezca un diálogo temprano con IT, considerando los requisitos IT aplicables. Implemente un enfoque de seguridad de defensa en profundidad en capas de aplicación múltiples tales como física, dispositivo, red y aplicación, utilizando una política de seguridad industrial que es única y adicional a la política de seguridad de la empresa.

8. Reduzca la latencia y la inestabilidad de la red usando protocolos de red estándares. Los protocolos incluyen sincronización del tiempo que utiliza el protocolo de precisión de tiempo (PTP) IEEE1588, calidad de servicio (QoS) para la priorización de los datos de control e IGMP (Protocolo de Administración de Grupos de Internet) para la administración de multicast.

9. Aumente el control y la disponibilidad de datos de información. Implemente una topología de red de trayectoria redundante tal como un anillo o estrella redundante. Además, utilice un protocolo de resiliencia para evitar los circuitos de Capa 2 mientras ayuda a garantizar un tiempo rápido de convergencia de la red. Estas consideraciones influyen en que tan rápidamente la red se recuperará de una interrupción, que puede dar como resultado intervalos de aplicación y desconexiones del sistema.

10. Despliegue un modelo de red jerárquico que use interruptores de Capa 3. Los interruptores de Capa 3 soportan enrutamiento inter-VLAN entre las zonas de Célula/Area (red de Capa 2) y los servidores y aplicaciones en toda la planta. Las capacidades del interruptor de Capa 3 habilitan la recomendación de diseño 4.