Si es un usuario antiguo de PC, es posible que haya oído hablar del estándar RS-232C. Entonces, ¿qué pasa con la palabra PLC? De hecho, estos son los estándares y las palabras que se utilizan en el campo de las redes industriales, que son muy importantes en el campo industrial. Esta es una introducción rápida a las redes industriales.
¿Qué es una red industrial?
Una red industrial es una red que controla los sensores y dispositivos instalados en un dispositivo o línea de producción y transmite información desde él a un sistema superior, como un sistema de ejecución de fabricación. También se conoce como red de campo, red FA y Fieldbus.
Por lo general, el sistema de red de una fábrica consiste en la siguiente estructura de cuatro capas:
- Capa 1: Red de sistemas de información
- Capa 2: Red de controladores
- Nivel 3: Red de campo
- Capa 4: red que ahorra cableado
Las redes de sistemas de información incluyen sistemas de ejecución de fabricación (MSE) y las redes de controladores incluyen controladores lógicos programables (PLC). Además, las redes de campo incluyen controladores que se comunican con sensores y motores, y la capa más baja es una red que ahorra cableado y simplifica el cableado de comunicación entre sensores y controladores.
Este artículo trata sobre una red de campo de tercer nivel. La interfaz RS-232c conectada a las PC antiguas es originalmente un estándar antiguo para esta red de tercera capa.
En los equipos de fábrica y las líneas de producción, los componentes de una red, como los dispositivos físicos y los sensores, no fluctúan mucho y los mismos suelen estar conectados en todo momento. Por otro lado, no hay problemas como errores o paradas en la transmisión de datos, y es necesario funcionar siempre de manera estable y confiable a la misma velocidad, independientemente del cambio en la cantidad de transmisión de datos (esto se denomina «garantizar el rendimiento en tiempo real»).
Por lo tanto, en lugar de Ethernet, que es un estándar para redes como Internet y LAN que se utilizan en las oficinas, se ha desarrollado el estándar de la red original. Sin embargo, como resultado del hecho de que los sistemas de alto nivel, como los sistemas de ejecución de fabricación, que han sido populares en los últimos años, se han construido sobre la base de Ethernet, y de las mejoras en tiempo real, que eran puntos débiles de los sistemas Ethernet, las redes de campo han aumentado recientemente en cuanto a estándares basados en Ethernet.
Historia y criterios de la red de campo
La idea de conectar los equipos de una fábrica a una red, recopilar datos o conectar un controlador para controlar motores, robots, etc. con una red y una gestión integrada se acerca al IoT actual de 1970. Se dice que fue en la década de 1990. Ya se había realizado una investigación experimental. Sin embargo, en esa época, en la era de la tecnología analógica, el hardware y el software digitales todavía eran deficientes, por lo que se pensó que la creación de una red digital tan práctica era algo que se planteaba por el momento.
Los avances posteriores en la tecnología digital han llevado a la aplicación práctica de las redes de campo en la década de 1990. En ese momento, nacieron varios estándares, y hubo un momento en que había alrededor de 40 tipos de estándares abarrotados. Desde entonces, la organización ha progresado y ahora se ha reducido a más de 10 tipos de estándares principales.
Hay tres redes de campo: un sistema rs-485 desarrollado a partir del RS-232C, un sistema Ethernet y un sistema inalámbrico. Como se mencionó anteriormente, los estándares de Ethernet han dominado en los últimos años. Además, los sistemas inalámbricos están aumentando gradualmente.
Características para redes de campo RS-485
Se puede decir que la ventaja del sistema RS-485 es que tiene una larga historia y se ha utilizado en muchos sitios. Además, la operación es relativamente estable y tiene un excelente rendimiento en tiempo real. Además, también se caracteriza por ser resistente al ruido. Esta «alta confiabilidad» y estos «logros» son las principales razones por las que las redes de campo rs-485 han estado en uso durante más de 30 años, e incluso ahora que los sistemas Ethernet son dominantes, son un estándar bastante «difícil de desechar».
La desventaja es que la velocidad de transmisión es más lenta que la de los sistemas Ethernet. Además, el precio de los equipos suele ser ligeramente superior al de los sistemas Ethernet.
Características para redes de campo Ethernet
La ventaja de los sistemas Ethernet es que siguen teniendo velocidades de transmisión relativamente rápidas con el mejor esfuerzo. Dado que los protocolos y el hardware son comunes a los principales sistemas de información, se pueden introducir fácilmente. Además, el hardware, como los cables y los adaptadores de red, es común en las LAN que ya se utilizan ampliamente, por lo que el precio del equipo puede mantenerse bajo.
Por otro lado, Ethernet tiene una velocidad de transmisión más lenta a medida que aumenta el tráfico de la red. En otras palabras, la escala del sistema de producción aumenta y, si intenta aumentar el tiempo, la velocidad de transmisión disminuirá y se perderá la naturaleza en tiempo real de la transmisión de datos. Por lo tanto, se requiere algo de ingenio para garantizar el rendimiento en tiempo real.
Características de las redes de campo inalámbricas
La mayor ventaja de los sistemas inalámbricos es que no se requiere cableado. Esto es muy ventajoso cuando se instala una red de campo más adelante o cuando no hay espacio debajo del suelo o el techo de la fábrica para el cableado. Además, por la misma razón, podemos responder con flexibilidad a casos como los cambios en el diseño de la fábrica. Además, el costo inicial de todo el sistema tiende a ser bajo porque no hay ningún costo solo para la instalación de cables.
Por otro lado, la tecnología inalámbrica utiliza ondas de radio para comunicarse, por lo que la transmisión puede no tener éxito dependiendo del estado de propagación de las ondas de radio, como la difracción y la reflexión, lo cual es una desventaja exclusiva de la tecnología inalámbrica. Por lo tanto, como regla general, las antenas de los equipos deberán colocarse en una posición que pueda verse entre sí.
Estándares típicos para cada linaje y sus características especiales
El estándar RS-485 y sus características especiales
Los principales incluyen CC-Link y PROFIBUS DP.
«CC-Link» es un estándar líder desarrollado por Mitsubishi Electric en Japón y Asia. Las características incluyen una velocidad de transferencia de hasta 10 Mbps y una distancia de transmisión de 1,2 km, que son velocidades relativamente altas y tienen una distancia de transmisión larga. También puede conectar 64 dispositivos por red. En Japón, este estándar casi se ha convertido en el estándar de fábrica. Cc-Link es originalmente un estándar RS-485, pero el CC-Link IE basado en Ethernet también ha aparecido en los últimos años. También hay disponibles controladores con conversión a Ethernet y RS-485.
«PROFIBUS DP» es un estándar potente, principalmente en Europa. Tiene la mayor participación en todo el mundo. Como característica, se pueden conectar 126 dispositivos por red. También es compatible con cables de fibra óptica.
Estándares Ethernet y sus características especiales
Los principales son «EtherNet/IP» y «EtherCAT».
«EtherNet/IP» es un estándar de comunicación que admite la comunicación cíclica para superar las debilidades de Ethernet. Son las siglas de Cyclic Communication. El control de la comunicación es exclusivo de este estándar, ya que se comunica en un período de tiempo determinado. Esto garantiza un tiempo real aparente. También es conocida por su adopción por parte del fabricante de automóviles GM, que ha ganado una gran participación en los EE. UU.
El «Ether CAT» es un estándar que, en principio, limita la topología de la red (la forma de conexión física de la red) de árbol a anillo para superar las debilidades de Ethernet. Esto es conocido por la adopción de Toyota Motor Corporation. En una red normal, se ramifica en forma de árbol mediante un hub o router, pero EtherCAT conecta el equipo en forma de cadena tipo margarita. Esto se traduce en una cantidad constante de tráfico en la circunvalación, lo que garantiza un tiempo real.
Estándares inalámbricos y sus especialidades
Los estándares inalámbricos incluyen «5G local» y «LPWA».
El «5G local» es el uso de 5G en un espacio limitado, el estándar para los teléfonos móviles de próxima generación. Se espera que la alta velocidad de 5G se pueda utilizar para redes de campo.
El «LPWA» es el método principal que se utiliza actualmente en las redes de campo inalámbricas, y es popular porque puede cubrir un área grande con poca potencia. Existe la desventaja de que la velocidad de transmisión es lenta, pero el costo es bajo y ayuda a la propagación.
La cantidad de estándares es que el rango de selección es amplio
Anteriormente, hemos presentado brevemente los estándares para redes industriales. Existen muchos estándares diferentes para las redes industriales. En la actualidad, los estándares Ethernet son un tanto dominantes, pero los estándares basados en rs-485, que se han utilizado en muchos sitios a lo largo de los años, también son difíciles de desechar. Además, en algunos casos, se puede decir que los sistemas inalámbricos son un poco más considerables. En cualquier caso, es importante entender las características de cada estándar y elegir el estándar más adecuado para el sistema de producción que está intentando construir. Hagamos uso de la amplia gama de selecciones porque hay varios estándares.
