Una guía rápida de la Ethernet industrial

By Graham Walker

¿Qué es la Ethernet Industrial?

La Ethernet industrial se refiere al uso de dispositivos de red, por lo general switches, en entornos exigentes y hostiles.

Ethernet es el protocolo estándar para transmitir datos a través de redes e Internet. Divide los datos en trozos pequeños y utiliza un método de entrega de "mejor esfuerzo" que significa que a veces, los trozos de datos se entregan fuera de secuencia o incluso se pierden por completo.

Un entorno hostil es cualquier patrón fuera del entorno controlado típico en las redes de oficinas empresariales que utilizan salas dedicadas con temperaturas controladas, humedad y polvo. Los ambientes hostiles se pueden encontrar en lugares como fábricas, almacenes, vehículos a bordo y áreas al aire libre.

Algunas aplicaciones críticas requieren una entrega de datos altamente fiable y precisa, lo que llevó a la creación de Ethernet industrial (IE). Utiliza protocolos adicionales para garantizar que los datos se entreguen a tiempo, en la secuencia correcta y sin pérdidas. El equipo de red de IE también es diferente porque debe sobrevivir a temperaturas duras, polvo, humedad, vibración e interferencia eléctrica.

¿Cuáles son las características de los dispositivos Ethernet industriales?

Hay muchos tipos de dispositivos IE, pero comparten algunas características comunes:

Fiabilidad y rendimiento adecuados para entornos de trabajo pesado. Su nivel de endurecimiento es compatible con condiciones ambientales duras, como ruido electromagnético, temperatura, humedad y vibraciones.
Soporte de protocolos de automatización y control para permitir la integración con las herramientas de gestión relacionadas con OT existentes. El nodo de conmutación IE parece un dispositivo al Controlador Lógico Programable (PLC) y al Control Supervisor y Adquisición de Datos (SCADA), para que puedan recuperar información de diagnóstico y ejecutar las acciones apropiadas.
Potencia de entrada de CC, ya que CC es la fuente de alimentación más común en aplicaciones industriales.
Diseño sin ventilador que minimiza los problemas de entrada de polvo y humedad, garantizando la fiabilidad a largo plazo.
Instalación en carriles DIN para un montaje más rápido y fácil en el cuerpo de la caja y ayudar a conservar el espacio en los paneles eléctricos.

También hay algunas características requeridas por mercados específicos, tales como revestimientos conformados para aplicaciones químicas o marinas, resistencia a explosiones para su uso dentro de las minas y tolerancia a las vibraciones para soluciones vehiculares.

¿Qué es el revestimiento conforme?

El revestimiento conforme es un revestimiento químico protector o película de polímero que se ajusta a la topología de la placa de circuito. Su propósito es proteger los circuitos electrónicos de ambientes hostiles que contienen humedad, contaminantes químicos, temperatura y vibración. Las aplicaciones típicas para recubrimientos conformes incluyen la defensa de alta confiabilidad, aeroespacial y marina.

Al ser eléctricamente aislante, el revestimiento mantiene los niveles de resistencia de aislamiento superficial a largo plazo (SIR) y garantiza así la integridad operativa del conjunto. También proporciona una barrera a los contaminantes transmitidos por el aire desde el entorno operativo, como el rocío de sal, evitando así la corrosión. Esta calidad de protección puede mejorar la confiabilidad del producto y reducir el costo potencial y la interrupción de fallas tempranas en el campo.

¿Por qué debería usar Industrial Ethernet?

Las aplicaciones críticas usan IE porque la Ethernet estándar no es lo suficientemente confiable para entregar datos con precisión, o porque las condiciones ambientales son demasiado duras para los equipos de red de nivel comercial normal.

Algunas aplicaciones típicas para Industrial Ethernet incluyen:

Manufactura y Logística

Las líneas de producción han utilizado equipos controlados por computadora durante muchos años. La introducción de Internet de las cosas (IoT) ha creado la capacidad de instrumentar equipos de fabricación y capturar grandes cantidades de datos en tiempo real. Sin embargo, aprovechar esta oportunidad requiere una sólida red de tecnología operativa (OT) para transportar esos datos desde la planta de producción hasta la red de TI del centro de datos. A su vez, esto requiere la integración con los equipos de control existentes (controladores lógicos programables o PLC). Por lo tanto, la red OT debe tolerar el entorno hostil de la planta de producción, debe comprender el idioma nativo de los PLC y debe entregar datos sensibles al tiempo con precisión.

Aplicaciones al aire libre

Las soluciones de seguridad física a menudo utilizan dispositivos de red en aplicaciones al aire libre, como cámaras de video, puertas de seguridad, lectores de tarjetas de identificación, sensores de movimiento, iluminación exterior, etc. Dado que muchos de estos dispositivos requieren energía, es común usar la red para entregar Power over Ethernet (PoE), ya que simplifica el cableado y facilita el control del dispositivo. Dado que la red se implementa al aire libre y es posible que no tenga control de temperatura, se requiere equipo especializado para operar de manera confiable. Los dispositivos con rangos de temperatura extendidos y sin enfriamiento forzado (sin ventilador) son ideales para aplicaciones al aire libre donde puede haber polvo o humedad.

Subestaciones eléctricas

Las redes eléctricas a menudo se encuentran en áreas remotas, lo que las hace vulnerables a los ataques y costosas de mantener, por lo que son esenciales equipos robustos y confiables y soluciones de redes seguras. Las subestaciones eléctricas plantean desafíos específicos para los dispositivos de red debido a los altos niveles de interferencia electromagnética (EMI), lo que requiere un equipo especialmente certificado. Además, se prefieren los cables de fibra a los de cobre, ya que no son susceptibles a EMI, por lo que los dispositivos de red que admiten interfaces ópticas simplifican la instalación.

vehículos y trenes

A veces, los datos que desea capturar se generan dentro de un vehículo en movimiento, por lo que los dispositivos de red deben tolerar vibraciones severas. Los estándares internacionales estipulan cuánta vibración debe soportar un dispositivo para garantizar un funcionamiento confiable en condiciones extremas. Es fundamental seleccionar solo productos que estén certificados para garantizar la fiabilidad a largo plazo.

¿Por qué son importantes los protocolos de automatización y control?

La transformación digital de la industria genera eficiencia operativa y flexibilidad y aprovecha los beneficios de los dispositivos conectados ricos en sensores. La integración de la IoT industrial y la inteligencia de la industria 4.0 implica redes convergentes de tecnología de la información (TI) y tecnología operativa (OT).

Los componentes de una infraestructura de comunicación tienen un doble papel en el servicio de las tecnologías de TI y OT. En las redes de servicios públicos de energía, como una red OT, por ejemplo, los nodos de conmutación transportan datos entre los equipos de servicios públicos y el centro de control para la medición, supervisión y control remotos de los activos para la detección de fallos y la restauración automatizada de la energía y el conocimiento de la situación para evitar la interrupción del suministro eléctrico.

Los Sistemas de Control Industrial (ICS) son sistemas de mando y control que soportan procesos industriales. Estos sistemas se encargan de supervisar y controlar diversos procesos y operaciones. Los nodos de conmutación de red suelen admitir protocolos de automatización y control (como MRP, MODBUS y PROFInet) porque ICS se integra con todos los dispositivos de la red OT, incluido el equipo de la infraestructura de comunicaciones.

¿Qué productos de Ethernet industrial están disponibles?

Allied Telesis tiene una gama completa de Ethernet industrial y productos de red reforzados para adaptarse a todas las aplicaciones anteriores.

Nuestros switches IE no tienen ventilador y están diseñados para funcionar en condiciones de calor y vibración extremos. Son compatibles con los protocolos de fabricación, lo que facilita su implementación en la planta y la integración con las redes OT existentes. No tener ventilador permite que estos dispositivos funcionen en condiciones polvorientas y húmedas y también mejora la confiabilidad. Están certificados para su uso en entornos eléctricamente ruidosos con altos niveles de EMI, como subestaciones eléctricas, y también hay modelos ópticos disponibles.
Los convertidores de medios son esenciales en la mayoría de las redes para permitir una fácil conexión de cables de fibra y cobre. Nuestros dispositivos no tienen ventilador y son capaces de sobrevivir a las temperaturas extremas que se encuentran en ambientes exteriores y no controlados.
Para complementar tanto los switches como los convertidores de medios, tenemos una gama de ópticas de factor de forma pequeño (SFP) diseñadas para operar a alta temperatura.

Expertos en Ethernet industrial

Es importante tener en cuenta que, a diferencia de Ethernet, no existe un único conjunto de estándares para definir Industrial Ethernet. Cada aplicación tiene su propio conjunto de requisitos y certificaciones que se aplican. Por lo tanto, es fundamental comprender los requisitos específicos de su aplicación para seleccionar la mejor solución para satisfacer sus necesidades. Allied Telesis ha estado fabricando soluciones de red durante más de 30 años y se complace en compartir su experiencia para garantizar que obtenga los mejores resultados.