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Manuel Olivares, USM:
“En Chile, Ethernet Industrial domina a nivel de DCS”

En la última década, la participación de Ethernet Industrial ha aumentado en gran medida en nuestra industria, y si bien la transmisión de señales análogas a nivel de campo no ha desaparecido, su uso ha ido cayendo paulatinamente. Esto es un reflejo de la situación mundial, donde la participación de Ethernet Industrial continúa creciendo año tras año. Para conocer más sobre esta tecnología, conversamos con Manuel Olivares Salinas, Jefe de Área de Control del Departamento de Electrónica de la Universidad Técnica Federico Santa María.
Manuel Olivares.

¿Cómo se diferencia Ethernet Industrial de la “tradicional”?
En realidad, Ethernet es la misma para las redes “de ofimática” y las industriales; ambas ocupan el mismo medio físico, por lo que no habría diferencias, digamos, en la parte eléctrica. Lo que sí cambia son los protocolos que viajan sobre este medio y cómo se envían los mensajes por esta red. Que un correo electrónico llegue con unos minutos de retraso no es problema, pero en una aplicación industrial es crítico que el mensaje de un sensor llegue cuando corresponde para no parar el proceso.

¿Cómo se corrige esa problemática?
Se emplean protocolos más deterministas, que exigen que el tiempo de entrega de los mensajes sea, en lo posible, certero y preciso. En ese sentido, las redes industriales manejan datos más pequeños (señales de un sensor, valores), y eso permite que no sea necesario segmentarlos y asegurar el determinismo temporal.

Si bien Ethernet es el medio más popular, principalmente por tener hardware ampliamente disponible, hay otros medios de comunicación que permiten gestionar mejor el determinismo. Sin embargo, como aparecieron posteriormente, su hardware no está tan difundido como el de Ethernet, ni ofrecen la interoperabilidad que ofrece esta tecnología por medio de servidores OPC.

¿Se utiliza el protocolo TCP/IP en las redes industriales?
Sí, también se emplea TCP/IP, pero hay que distinguir entre las redes de nivel de piso de planta (con sensores y actuadores), de las redes de supervisión, donde operan los sistemas SCADA. Estas últimas funcionan sobre TCP/IP y OPC sobre TCP/IP, porque la parte de Supervisión no es tan crítica como lo es la distribución de los datos para Control. Para estas redes a nivel de piso de planta, normalmente se usa la conexión de 4-20 mA, que ofrece comunicación instantánea y segura, pero resulta más cara porque requiere mucho más cableado.

En cambio, los buses de datos ahorran cableado, pero traen estos problemas de falta de determinismo. Además, requieren redundancia para evitar que una rotura del cable pare la planta. No obstante, las redes actuales son cada vez más rápidas e implementar una red redundante ha dejado de ser tan caro.

¿Qué tan difundida está Ethernet Industrial en el país?
A nivel de la industria nacional, creo que Ethernet Industrial está dominando en lo que se refiere a DCS. En esta capa superior de control, se ocupa mucho el TCP/IP y OPC para permitir la interoperabilidad entre distintos vendors. En ese sentido, OPC ya es un estándar para poder incorporar un nuevo sistema a una red Ethernet Industrial; uno tiene que fijarse si el equipamiento a implementar dispone de un cliente para acceder a los servidores OPC disponibles en los sistemas SCADA o en los DCS. Eso ya es algo bastante común en Chile, sobre todo en los centros de operación remota que también usan TCP/IP.

En definitiva, si uno quisiera aventurar un número, se podría decir que el 80% de los usuarios industriales en Chile emplean Ethernet Industrial.

¿Especialmente, en la capa de Supervisión?
Claro, en la parte Supervisión y de Sistemas de Control Distribuido (DCS). Como decía, no hacen control directo al actuador y al sensor, sino que hacen interacciones con el controlador disponible en la planta por medio del DCS (la Referencia, por decirlo en la nomenclatura de los lazos de control). En el piso de planta todavía domina la comunicación análoga (como 4-20 mA), y también una parte también utiliza buses de campo como FOUNDATION Fieldbus, PROFIBUS, Modbus, etc., y otros protocolos seriales de menor velocidad.

En ese sentido, una de las ventajas de Ethernet es su velocidad en la transmisión de datos; ahora está el Gigabit Ethernet, que tiene una capacidad de transmisión de unos 1.000 megabits por segundo. En comparación, los buses de campo seriales no pasan el megabit por segundo. Por lo tanto, en este aspecto, hay un factor de diferencia de 1000 a 1 entre estas tecnologías.

En ese sentido, ¿cómo han ido aprovechando estas tecnologías las ventajas de Ethernet?
Un ejemplo es Modbus, protocolo serial muy utilizado en la instrumentación industrial, que en sus orígenes se implementó sobre RS-232 (punto a punto) y RS-485 (redes multipunto) a velocidades muy bajas. y ha evolucionado manteniendo su simplicidad y ahora se puede encontrar como Modbus sobre TCP/IP aprovechando la alta velocidad de la infraestructura Ethernet.

¿Qué destacaría de las tecnologías que se están desarrollando para la industria?
Me gustaría mencionar las redes inalámbricas, que se puede decir que son Ethernet porque también cumplen con el protocolo TCP/IP, pero a diferencia de las redes Ethernet Industrial, el medio es el aire. Si bien estas recién están introduciéndose al nivel de piso de planta, ya se está trabajando para aumentar su participación.

Uno de los principales problemas es su menor inmunidad a la interferencia electromagnética, lo que redunda en una menor confiabilidad para ponerla a operar en el piso de planta. No obstante, ya hay gente que está trabajando hacer estas redes más disponibles, seguras y más robustas.

Octubre 2021
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