La red de la Industria 4.0

Para los fabricantes de maquinaria que aprovechan esta flexibilidad y productividad sin precedentes, la transición podría ser rentable. "Sin embargo, esto significa algo más que aumentar el nivel de automatización", explica Stefan Schönegger, director general del Ethernet POWERLINK Standardization Group (EPSG). "También significa perseguir un enfoque más dinámico y en red de la producción".

Los sistemas convencionales de bus de campo no fueron diseñados para manejar el diluvio de grandes datos. Sin embargo, muchos fabricantes de máquinas han intentado arreglárselas con la tecnología convencional de bus de campo, estableciendo redes separadas para el control del movimiento, la seguridad y los datos de los sensores. "Estos sistemas paralelos no sólo son caros y de alto mantenimiento, sino que también son difíciles de sincronizar y propensos a errores", describe Schönegger. Esto explica la creciente popularidad de las redes más poderosas basadas en Ethernet.

"Tanto en términos de velocidad como de ancho de banda, la Ethernet industrial funciona en círculos alrededor de los sistemas convencionales de bus de campo", dice Schönegger. Sin embargo, a medida que avanza la cuarta revolución industrial, se hace evidente otro problema. El número de nodos de la red que se encuentran en cada máquina está explotando, gracias a la proliferación de sensores inteligentes, ejes auxiliares y las amplias soluciones de seguridad necesarias para la colaboración entre humanos y robots. Típicamente, a medida que aumenta el número de nodos de la red, los sistemas se vuelven más lentos como resultado.

POWERLINK es diferente. Al transmitir los datos simultáneamente a cada estación de la red, esta tecnología elimina las demoras que se producen cuando todo el tráfico se canaliza a través de una ubicación central. La desviación de la señal del reloj, conocida como jitter, es de menos de 1 microsegundo. "Incluso para una red en tiempo real, este es un nivel de precisión excepcional", dice Schönegger.

No todos los protocolos de Ethernet industrial están hechos para la Industria 4.0. Algunos se desarrollaron centrándose únicamente en el tiempo de ciclo, ignorando los enormes volúmenes de datos que un sistema de bus debe transmitir a veces. Sin embargo, una gran parte de los datos de una red en tiempo real no es crítica en cuanto al tiempo. Esto incluye datos de servicio para la configuración y el diagnóstico del dispositivo, datos de proceso para archivar y datos de seguridad o datos de vídeo de una cámara de vigilancia, todo lo cual contribuye a la tendencia general conocida como datos grandes. POWERLINK transmite estos datos durante su fase asíncrona, una parte del ciclo que no tiene influencia en los datos críticos del tiempo. Si es necesario, protocolos como el TCP/IP pueden ser implementados en esta fase asincrónica.

Típicamente, una máquina o planta tendrá sólo un pequeño número de procesos verdaderamente críticos para el tiempo, como las tareas de control de movimiento. Mediante un procedimiento conocido como multiplexación, es posible encuestar los nodos críticos para el tiempo en cada ciclo, mientras que la información general sobre el estado, como los valores de temperatura, se puede leer con mucha menos frecuencia. Esto optimiza el volumen de datos y adapta perfectamente la duración de un ciclo a la aplicación en cuestión. "Hay un ejemplo particularmente impresionante de lo efectivo que puede ser este concepto", cuenta Schönegger. "En una máquina estiradora de película bidimensional de Brückner Maschinenbau, sincronizamos 728 ejes con un tiempo de ciclo de 400 microsegundos usando POWERLINK. Eso es un récord mundial".

POWERLINK es totalmente compatible con el estándar Ethernet IEEE 802.3. "Esta compatibilidad es una gran ventaja para los usuarios de POWERLINK", dice Schönegger. A medida que la tecnología Ethernet continúa evolucionando, son capaces de beneficiarse de los últimos avances. Con máquinas complejas que generan cada vez más datos, es sólo cuestión de tiempo hasta que el ancho de banda actual de 100 Mbit/s se encuentre con sus limitaciones. Manteniendo el pleno cumplimiento del estándar de Ethernet, POWERLINK asegura que, cuando llegue el momento, la actualización a Ethernet Gigabit será rápida e indolora. "Para las redes basadas en Ethernet que se desvíen del estándar, el aumento del ancho de banda vendrá a costa de un extenso desarrollo y posiblemente incluso de nuevo hardware propietario".