El nuevo estándar de la comunicación industrial: universal hasta en el campo

Estándares de comunicación industriales

Uno para todos, todos para uno

Un nuevo estándar de comunicación para la automatización, común para todos los fabricantes.

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  • Single Pair Ethernet
    Single Pair Ethernet

    Phoenix Contact es el socio clave para la integración de Single Pair Ethernet, desde la interfaz de los equipos y el cableado hasta los componentes de red activos, ya sea en los sensores en campo o incluso en el PC de la oficina.

En muchos organismos y proyectos de normalización, se están sentando en la actualidad las bases del futuro de la tecnología de comunicación industrial. Los nuevos estándares de comunicación como OPC UA, TSN, SPE y 5G superarán a los sistemas existentes en términos de costes, tasa de transferencia de datos, latencia y determinismo. Como líder tecnológico con más de 30 años de experiencia en el ámbito de la tecnología de comunicación industrial, Phoenix Contact participa en todos los organismos de normalización importantes. En ellos, contribuimos a elaborar para usted un nuevo estándar de comunicación para la automatización, que sea común para todos los fabricantes.

Visión general sobre la comunicación del futuro

Donde antes solo había unos pocos equipos conectados por Ethernet, encontramos ahora redes inmensas. En el futuro, se conectarán muchos más equipos en campo, como consecuencia de la digitalización, la Industria 4.0 e IIoT. Además de los datos de control, los datos necesarios se transmitirán también a los diferentes destinos de la red y a la nube. Para controlar estas cantidades de datos y poder seguir utilizando las aplicaciones en tiempo real, se precisan nuevas tecnologías:

Puntos de uso de los nuevos estándares de comunicación en la red  

Las nuevas tecnologías TSN, SPE/APL, 5G y también OPC UA no se deben abordar de manera independiente, sino que forman juntas la comunicación del futuro

El estándar de comunicación OPC UA ya se ha consolidado en diferentes capas de comunicación superpuestas. Ahora, este estándar continuará desarrollándose para la comunicación directa en campo, de manera que facilite también en este ámbito una comunicación universal y común para todos los fabricantes. En combinación con Time Sensitive Networking (TSN), OPC UA permite una comunicación convergente y en tiempo real entre los sistemas de control hasta en el campo.

Al mismo tiempo, se está trabajando en los aspectos físicos de la transmisión. Single Pair Ethernet (SPE) permitirá en el futuro la transmisión Ethernet a través de solo dos hilos para la conexión Ethernet hasta el sensor. Con 5G, se creará un nuevo estándar de radiotelefonía móvil, claramente más fiable y potente, para la conexión fiable del creciente número de aplicaciones móviles. En todos estos proyectos, siempre está presente la ciberseguridad, la cual debe adaptarse continuamente a los nuevos sistemas y peligros. Juntos, todos los estándares que están surgiendo, están sentando las bases del futuro de la tecnología de comunicación industrial.

Nuestro reto: crear un estándar común para la automatización

Para hacer realidad las visiones de la Industria 4.0 y el IIoT, se precisa una conexión integral en red de los sensores a través de la máquina y de los sistemas superiores hasta en la nube. Esta conexión universal en red hasta ahora no ha sido posible por el surgimiento de sistemas y perfiles de bus de campo incompatibles en diferentes organizaciones de bus de campo como Safety y Motion Control. Con frecuencia, se precisan en la actualidad también pasarelas de enlace a modo de interfaz.

Para cambiar esta situación, Phoenix Contact colabora con gran empeño en todos los grupos de trabajo implicados para definir el estándar de comunicación del futuro, que será uniforme y común a todos los fabricantes. Observamos con orgullo los primeros grandes avances en los diferentes proyectos.

OPC UA: el estándar de comunicación uniforme incluso en el campo

OPC UA se convertirá en la elección prioritaria  

Gracias al desarrollo en el nivel de campo, OPC UA se convertirá en el estándar de comunicación de la industria

OPC UA se emplea ya en la actualidad como estándar de comunicación prioritario en las instalaciones. Ahora, OPC UA se ampliará con diferentes perfiles de aplicación normalizados en el campo, p. ej. para E/S, Safety o Motion.

Además, se definirán modelos de equipos normalizados con objeto de definir una configuración y un diagnóstico uniformes de los equipos en la red. Se describirán también las pruebas de conformidad necesarias para asegurar una alta compatibilidad. De esta forma, se logrará en el futuro una conexión generalizada en la nube de los equipos en campo, lo que permitirá una conexión integral de IT y OT.

OPC UA y TSN: redes convergentes

La convergencia como necesidad para la comunicación fiable entre IT y OT  

TSN permite redes convergentes

En las redes con aplicaciones distribuidas y en las que el tiempo es crítico, los mecanismos TSN adicionales permiten sincronizar y priorizar los flujos de datos. TSN hace referencia a una serie de estándares de IEEE 802.1, que permiten que el Ethernet estándar funcione en tiempo real. Esto resulta particularmente importante en caso de que varios responsables con diversas herramientas de ingeniería definan flujos de datos en una red convergente. De esta forma, se puede garantizar que la solución parcial no perturbe ninguna otra comunicación, ni se vea perturbada por la misma. De este modo, se aumenta la fiabilidad y la disponibilidad de su red.

Para garantizar la interoperabilidad, se definen en los diferentes grupos de trabajo todas las capas de comunicación basándose en TSN y OPC. Todas las definiciones de los grupos de trabajo se basan en el perfil TSN para la comunicación industrial (perfiles TSN-IA), que se incorporará en el organismo de normalización IEC/IEEE 60802. Phoenix Contact participa en los grupos de trabajo iniciados por la OPC Foundation, con recursos personales y financieros, y define así algo tan vital como el estándar de comunicación industrial del futuro.

SPE y APL: conexión Ethernet hasta el sensor

Cadena de ADN  

La tecnología de dos hilos SPE será en el futuro parte del ADN de la red

Otra condición para la conexión en red integral de los sensores hasta en la nube es la conexión sencilla de sensores y actuadores inteligentes en la red. Con Single Pair Ethernet (SPE) esto, no solo resulta más sencillo, sino también claramente más compacto y rentable. Con SPE solo se necesita un par de hilos para la transmisión de los datos, en lugar de los cuatro pares que se precisaban hasta el momento. Dentro de IEEE, se trabajará en diversos grupos de trabajo en el estándar de transmisión de 10 MBit/s a 10 GBit/s y en longitudes de transmisión de hasta 1000 m. La tecnología de dos cables deberá permitir además una alimentación potente de datos y energía en los equipos terminales a través de un único par de hilos.

La tecnología Advanced Physical Layer (APL) se basa en la tecnología SPE. Se ha desarrollado especialmente para su empleo en diferentes ámbitos de seguridad intrínseca de la tecnología de procesos. Esto permite una comunicación basada en IP hasta el sensor sin brechas en el sistema ni pasarelas de enlace. Los estándares necesarios de esta tecnología surgen en un proyecto conjunto de tres organizaciones de bus de campo (Fieldcom Group, ODVA y PI) y once socios industriales. Phoenix Contact contribuye con recursos financieros y personales, como uno de los impulsores de este proyecto y como socio industrial.

5G: radiotelefonía móvil fiable para aplicaciones móviles

Además de la comunicación por cable, la comunicación inalámbrica adquiere cada vez más importancia para una producción moderna y flexible. Los desarrollos en el ámbito de los sistemas de transporte sin conductor, los equipos terminales móviles (Smart Devices) y la colaboración entre los humanos y los robots precisan una comunicación inalámbrica fiable. Los estándares de radiotelefonía móvil disponibles hasta el momento no ofrecen una fiabilidad garantizada, no diagnostican la calidad de la conexión y son diferentes en cada país.

3GPP (3rd Generation Partnership Project) elabora, por tanto, en diferentes grupos de trabajo las especificaciones del sistema de la radiotelefonía móvil de la próxima generación, generalmente conocido como 5G. A principios de 2018, ZVEI fundó la iniciativa global 5G-ACIA (5G Alliance for Connected Industries and Automation) con el objetivo de hacer que 5G sea industrialmente viable desde el principio y se consolide en la producción. Como empresa pionera en el uso de tecnologías inalámbricas en la tecnología de automatización, Phoenix Contact es uno de los impulsores de este proyecto y aporta recursos a los grupos de trabajo.

Ciberseguridad: la base de toda comunicación

Un candado une entre sí los diferentes segmentos de red  

Los datos deben protegerse especialmente allí donde se permite la comunicación entre todos

La comunicación universal no es posible sin las medidas de seguridad adecuadas. Especialmente en los sistemas abiertos y de gran tamaño, los datos se deben proteger para evitar robos y modificaciones no autorizadas. Aunque teóricamente todos podemos hablar con cualquiera, solo se debe permitir la comunicación deseada.

Además de colaborar en muchos otros grupos de trabajo, Phoenix Contact ha respaldado el proyecto de investigación IUNO como proyecto nacional de referencia sobre seguridad de la tecnología de la información en la Industria 4.0. El objetivo era identificar las amenazas y los riesgos para la fábrica inteligente del futuro y desarrollar en consecuencia las medidas de protección adecuadas. Se desarrollaron y probaron soluciones prácticas para los retos de la seguridad IT en el ámbito industrial. Estas se pueden utilizar ya como modelo para la seguridad IT de la Industria 4.0. El proyecto se concluyó con éxito en septiembre de 2018 y el informe final se entregó al Ministerio Alemán de Educación e Investigación.

PHOENIX CONTACT, S.A.U.

Parque Tecnológico de Asturias, parcelas: 16-17
E-33428 LLANERA (Asturias)
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