Debido a su fiabilidad inherente, rendimiento e interoperabilidad, Ethernet se ha infiltrado en la planta de producción como el protocolo de comunicación de elección para sistemas de automatización y control. Para satisfacer las necesidades del entorno industrial, Ethernet Industrial utiliza esencialmente protocolos industriales especiales encapsulados dentro del protocolo Ethernet de una manera que garantiza que la información correcta se envía y recibe cuándo y dónde se necesita para realizar una operación específica. Echemos un vistazo a estos protocolos y examinemos cómo las redes Ethernet Industrial difieren de los entornos LAN de Ethernet “comercial” o corporativos.

La comunicación industrial ocurre a nivel de enrutamiento, de control y del sensor, cada uno de los que requiere diferentes grados de transferencia de información en tiempo real, detección de colisiones y determinismo (esencialmente determinando de antemano la ruta entre dos nodos cualquiera). Si bien hay varios protocolos Ethernet Industrial para soportar una variedad de requisitos de comunicación en la planta de fábrica, hay cuatro “jugadores” principales que vale la pena mencionar (ver el gráfico 1).

1. Modbus TCP/IP

Modbus TCP/IP fue el primer protocolo Ethernet industrial introducido, y es esencialmente una comunicación Modbus tradicional que se comprime dentro de un protocolo de capa de transporte Ethernet para transferir datos discretos entre dispositivos de control. Utiliza una comunicación maestro-esclavo simple donde el nodo “esclavo” no transmitirá datos sin una solicitud del nodo “maestro”, pero no se considera un protocolo en tiempo real.

Introducido en 2003, EtherCAT es un protocolo Ethernet Industrial que ofrece comunicación en tiempo real en una configuración Maestro/Esclavo para sistemas de automatización. El elemento clave de EtherCAT es la capacidad de todos los esclavos en red para extraer sólo la información relevante que necesitan de los paquetes de datos e insertar datos en la trama a medida que transmite aguas abajo, a menudo denominados “sobre la marcha”.

Inicialmente lanzado en 2000, Ethernet/IP es un protocolo Ethernet industrial de capa de aplicación ampliamente utilizado soportado por la Open Device Vendors Association (ODVA) y suministrado principalmente por Rockwell Automation. Es el único protocolo Ethernet industrial que se basa enteramente en estándares Ethernet y utiliza capas estándar de Ethernet física, enlace de datos, red y transporte. Al emplear la conmutación Ethernet estándar, puede soportar un número ilimitado de nodos. Sin embargo, requiere un rango limitado para evitar la latencia y admitir la comunicación en tiempo real.

Otro gran jugador (en gran parte debido a estar integrado en los controladores Siemens y GE) es PROFINET, un protocolo de aplicación desarrollado por Siemens en conjunto con las empresas miembros de una organización de usuarios de Profibus. Básicamente, extiende la comunicación del controlador de E/S Profibus a Ethernet mediante conmutadores (switches) especiales que están integrados en los dispositivos.

Cuando se trata de la planta de cable que soporta estas redes Ethernet Industrial, hay algunas diferencias clave en comparación con la LAN Ethernet “comercial”.

En primer lugar, las velocidades de las que estamos hablando para Ethernet Industrial son mucho más bajas que los requerimientos de ancho de banda (gigabit y mucho más) que vemos en la LAN: las velocidades comunes utilizadas en las redes Ethernet Industrial se encuentran alrededor de 100 Mb/s. Esto tiene sentido, ya que la cantidad de ancho de banda necesaria para enviar información de control y automatización en una red industrial es una fracción de lo que necesitas para descargar un video de YouTube.

Dado que los entornos industriales requieren cables y conectividad que deben soportar una variedad de condiciones adversas (vibración, líquidos, polvo, productos químicos e interferencias electromagnéticas), los componentes de las redes industriales cuentan con una construcción más robusta que la de una LAN corporativa. Por ejemplo, mientras que el cable solo puede demandar un rendimiento de Categoría 5 o Categoría 5e, los cables industriales a menudo cuentan con un calibre más grande (típicamente 22AWG) para acomodar temperaturas más altas, construcción blindada para la prevención del ruido, conductores trenzados para flexión y materiales especiales de revestimiento como poliuretano para resistir a componentes químicos, aceite y a la abrasión.

Los conductores pueden incluso estar recubiertos para evitar la corrosión. Estas características significan un precio mucho más alto para los cables Ethernet Industrial en comparación con los cables LAN cotidianos.