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La adaptación de Ethernet para acelerar la Industria 4.0 IIoT

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Artículo explicativo sobre la adaptación de Ethernet para acelerar la Industria 4.0 IIoT, escrito para Mouser Electronics por Steven Keeping.

En la década de los setenta, la adopción de la informática por parte del sector industrial con el objetivo de mejorar la automatización, la productividad, la precisión y la flexibilidad se denominó «Industria 3.0». Actualmente estamos presenciando el desarrollo de la Industria 4.0, que está logrando una automatización a gran escala de la industria mediante la tecnología inteligente, la comunicación máquina a máquina (M2M, por sus siglas en inglés) y el aprendizaje automático (AA). La diferencia principal entre ambos conceptos es que la Industria 3.0 le daba a los humanos información para que tomaran decisiones, mientras que en la Industria 4.0 se utiliza información digital para optimizar los procesos con muy poca intervención humana.

Además, la Industria 4.0 puede establecer un vínculo entre la oficina de diseño y la planta de fabricación. Con las comunicaciones M2M, el diseño asistido por ordenador (CAD) puede hablar con las máquinas herramientas y programarlas directamente para que creen piezas. Por su parte, las máquinas herramientas pueden hablar con el CAD e informarle sobre las dificultades del proceso de fabricación, de modo que se puedan hacer modificaciones para facilitar dicho proceso.

El Internet Industrial de las Cosas (IIoT) es la plataforma sobre la que los fabricantes están implementando sus soluciones de la Industria 4.0. Un papel importante de esta red consiste en crear bucles de retroalimentación: los sensores supervisan los procesos y sus datos se utilizan para controlar y mejorar el funcionamiento de las máquinas.

La implantación de sistemas IIoT es muy compleja, pero es posible que el elemento más delicado sea el coste de la inversión. Si bien es cierto que dicha inversión se puede justificar con los ahorros aportados al mejorar el diseño y la fabricación, lo que acaba por aumentar la productividad y reducir los errores, cualquier medida que reduzca la salida de capital contribuirá a mejorar la adopción de la Industria 4.0. Una manera de lograr esto es basar la red IIoT de una fábrica en Ethernet, una tecnología de comunicación contrastada, accesible y relativamente barata.

Ethernet para el sector industrial

Ethernet es la tecnología de red por cable más empleada del mundo, por lo que dispone de una amplia red de proveedores y de interoperabilidad de IP. Además, se puede utilizar el mismo conjunto de cables para transmitir alimentación y datos a sensores, accionadores y cámaras.

El Ethernet industrial consiste en cables y conectores robustos, pero se basa en la versión tradicional para el consumidor: una tecnología contrastada y desarrollada para la automatización industrial. Además de facilitar la transmisión de información vital, con el Ethernet industrial también es posible que un supervisor remoto acceda fácilmente a las máquinas, los PLC y los controladores de la planta de fabricación.

Sin embargo, el protocolo estándar de Ethernet es propenso a perder paquetes de datos, lo que aumenta la latencia. Debido a esta deficiencia, no es posible utilizar la tecnología en líneas de montaje sincronizadas y de rápido movimiento. A fin de superar esta barrera, el hardware empleado en el Ethernet industrial se utiliza junto con protocolos industriales determinísticos y de baja latencia, como Ethernet/IP, ModbusTCP y PROFINET.

Las instalaciones de Ethernet industrial utilizan versiones más resistentes del cable estándar CAT 5e y, en el caso de Gigabit Ethernet, del cable CAT 6.

Por ejemplo, el CAT 5e está compuesto por ocho cables en cuatro pares trenzados. El trenzado limita la interferencia de señal (diafonía) entre cada par de cables. Un par aporta los dos sentidos en una conexión dúplex. En los sistemas de alta velocidad, como Gigabit Ethernet, se usan los cuatro pares para transportar datos. Los sistemas con bajos requisitos de procesamiento (hasta 100 megabits por segundo) pueden funcionar con tan solo dos pares trenzados, de modo que el resto se puede utilizar para cosas como la alimentación o los servicios telefónicos tradicionales.

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