Ethernet se está convirtiendo en una tecnología de red cada vez más importante en aplicaciones industriales.
En el ámbito del control de movimiento, Ethernet, bus de campo y otras tecnologías-como la interconexión de componentes periféricos (PCI)- históricamente han competido para manejar algunas de las cargas de trabajo más exigentes en sistemas de control y automatización industrial. Las aplicaciones de control de movimiento requieren determinismo-la garantía de que la red entregará cargas de trabajo a los nodos designados de manera oportuna-lo cual es esencial para garantizar el mantenimiento de la posición, lo que a su vez garantiza paradas precisas del conductor, aceleración/desaceleración adecuadas y otras tareas.
El estándar IEEE 802.3 Ethernet nunca ha cumplido estos requisitos. Aunque la conmutación full-dúplex y los dominios de colisión aislados han reemplazado la obsoleta capa de enlace de datos CSMA/CD, el protocolo aún carece de previsibilidad. Además, la alta complejidad de TCP/IP en una pila típica no está optimizada para la transmisión confiable de tráfico en tiempo real-. En consecuencia, los buses de campo y las arquitecturas de control basadas en PC-con tarjetas PCI basadas en ASIC-han sido durante mucho tiempo soluciones comunes para el control de movimiento.
Las soluciones Ethernet, que van desde EtherNet/IP® hasta EtherCAT®, superan estas deficiencias a su manera. Aunque Industrial Ethernet ofrece otras ventajas sobre las tecnologías alternativas, todavía está lejos de dominar el mercado del control de movimiento. Examinemos tres razones por las que puede-y obtendrá-una aceptación cada vez mayor en los próximos años.
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Convergencia en lugar de mayor complejidad
Con el tiempo, la creciente interconexión entre la TI empresarial y la fábrica ha dado lugar a sistemas más complejos, que a menudo implican una combinación de tecnologías Ethernet estándar, Ethernet industrial y bus de campo. Por ejemplo, una máquina podría utilizar:
Estas redes son complejas y costosas de configurar y mantener. Cada protocolo requiere sus propios procedimientos de implementación, personal de instalación y capacitación. Por el contrario, Ethernet ofrece la posibilidad de hacer converger diferentes redes-como aquellas para control de movimiento y seguridad-en una infraestructura rentable-que es más fácil de cablear, ampliamente respaldada por los proveedores y adaptable a requisitos futuros.
Ethernet ofrece la posibilidad de hacer converger diferentes redes.
El protocolo EtherNet/IP ejemplifica cómo se puede aprovechar plenamente la convergencia en la práctica. Al utilizar tecnologías Ethernet estándar como TCP/IP y UDP/IP, complementadas con características como CIP Sync (para lograr una sincronización precisa del protocolo de tiempo a través del reloj distribuido IEEE 1588), los sistemas conmutados integrados pueden acomodar aplicaciones comerciales e industriales simultáneamente.
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Determinismo para aplicaciones de control de movimiento
El control de movimiento se basa en una comunicación precisa. Esta precisión está respaldada por la programación basada en -intervalos de tiempo-, en la que cada dispositivo tiene un horario dentro de la política de programación para comunicarse con otros dispositivos. Estos servoaccionamientos y controladores calculan su temporización respectiva, a partir de la cual se puede derivar el valor ∆T de la función de control. Sin embargo, si la transmisión de datos se vuelve impredecible, es posible que se pierdan los resultados; por lo tanto, se requiere determinismo para garantizar la estabilidad del bucle.
Ethernet es capaz de admitir aplicaciones exigentes de control de movimiento en la fábrica.
En algunos casos, implementar IEEE 1588 en EtherNet/IP a través de circuitos aceleradores directamente integrados en chips Intel® es sólo un mecanismo común mediante el cual las soluciones Ethernet imponen el determinismo. El procesamiento en tiempo real-de alta-velocidad-de EtherCAT es otro ejemplo de cómo se logra un rendimiento consistente y predecible en aplicaciones de control de movimiento. EtherCAT supera las estrictas limitaciones físicas de la comunicación centralizada basada en PCI-, que requiere una comunicación rápida entre la unidad de procesamiento de la máquina y el servoprocesador manteniendo una distancia corta.
Jason Goerges explicó en un artículo publicado en *Machine Design* en 2010:
La arquitectura del procesador distribuido basada en EtherCAT-ofrece un gran ancho de banda, sincronización y flexibilidad física, lo que rivaliza con las capacidades del control centralizado y, al mismo tiempo, ofrece las ventajas de una red distribuida.
De hecho, algunos procesadores que utilizan este enfoque pueden controlar hasta 64 ejes altamente coordinados-incluyendo posición, velocidad y bucles de corriente, así como conmutación-a velocidades de muestreo y actualización de 20 kHz.
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Viabilidad-a largo plazo para el IIoT
Desde sus inicios como tecnología de red de área local (LAN), Ethernet ha experimentado una serie de desarrollos. Dado que los componentes tradicionales de bus de campo se producen actualmente a pequeña escala y que PCI corre el riesgo de convertirse en una arquitectura estándar industrial obsoleta, Ethernet ha evolucionado hasta el punto en que ahora es totalmente capaz de prestar servicio al Internet de las cosas (IIoT) industrial basado en IP-.
Las próximas mejoras-como las redes-sensibles al tiempo, que perfeccionarán IEEE 1588 y admitirán la posibilidad de convergencia de red-también hacen de Ethernet una opción ideal para aplicaciones de control de movimiento actuales y futuras. Esto no quiere decir que los buses de campo y PCI vayan a desaparecer; más bien, a medida que la industria de la automatización avanza hacia el IIoT, las ventajas de Ethernet seguirán creciendo.