Iniciamos con esta entrada una serie de artículos para hablar de las redes de comunicaciones más utilizadas en la industria.
En primer lugar, es necesario describir en qué consiste una red de comunicaciones industrial. Podríamos decir que es la suma de los medios de transmisión que permiten comunicar los distintos elementos que se conectan a dicha red para intercambio de información. De esta forma, puede existir conexión entre las distintas capas que componen una factoría genérica, desde las oficinas que gestionan la empresa hasta las máquinas que fabrican el producto. En las capas superiores (oficinas y primeros niveles de la fábrica) se transmiten grandes volúmenes de datos, y apenas se realiza control, admitiéndose mayores tiempos en la transmisión. En los niveles más cercanos a la interacción con el producto fabricado se transmiten pocos volúmenes de datos y se realiza prácticamente todo el control, necesitándose para ello menor tiempo de transmisión aunque con determinismo (se debe garantizar que la transmisión se realiza en un tiempo máximo, lo que se suele llamar control en tiempo real).
En la figura se representa la pirámide CIM (Computer Integrated Manufacturing), donde se establecen los diferentes niveles de la factoría ideal completamente automatizada:
- Nivel de fábrica (gestión): es el más alejado de los procesos productivos, siendo sus elementos ordenadores y servidores. A este nivel llega información de los niveles inferiores, haciendo posible a los gestores de la empresa tomar decisiones, y análogamente desde el nivel superior se envían órdenes a los niveles inferiores. Esta comunicación no tiene que ser especialmente robusta ni rápida, pero sí debe ser apta para la transmisión de gran cantidad de datos. Por este motivo se suelen emplear redes Ethernet estándar (Ethernet TCP/IP). Se ejecutan aplicaciones informáticas como ERP (Enterprise Resource Planning), MES (Manufacturing Execution Sytems), CAD/CAM/CAE (Computer Aided Design/Manufacturing/Engineering), etc.
- Nivel de planta: es el nivel en el que se encuentran los distintos sistemas de control y supervisión. Para poder realizar una adecuada monitorización de los distintos procesos, se establece una comunicación entre estos sistemas y los elementos de supervisión (pantallas de visualización o HMI, SCADA, etc.). Las redes son normalmente de tipo Ethernet TCP/IP.
- Nivel de célula: en este nivel se reciben las órdenes que vienen de niveles superiores y se descomponen en operaciones más sencillas que se trasladan al nivel inferior (transporte, fabricación, ensamblado, control de calidad…). A partir de este nivel es necesario disponer de una comunicación robusta ante ambientes hostiles (interferencias, temperaturas extremas, polvo y suciedad), determinista (asegura que la información se ha transmitido en un tiempo máximo) para poder trabajar en tiempo real, y con elevada fiabilidad y disponibilidad (con redundancia y/o con mecanismos de detección de errores). De ahí que surjan las redes de Ethernet Industrial, basadas en Ethernet TCP/IP pero con estas nuevas características para uso en ambiente industrial (Modbus TCP, EtherNet/IP, Profinet, EtherCAT, etc.).
- Nivel de campo: en este nivel tenemos los elementos de mando y control que gestionan a los sensores y actuadores del nivel inferior. Son PLCs, sistemas de control numérico, robots, tarjetas de control, etc. Entre este nivel y el inferior existe capacidad para realizar trabajos productivos por sí mismos. Aquí estamos ya en redes de control más que de datos (EtherNet/IP, Profinet, ControlNet, Profibus-FMS, etc.)
- Nivel de proceso o instrumentación (sensores y actuadores): es el nivel donde se sitúan los elementos de medida (sensores) y mando (actuadores como motores o válvulas) que interactúan con el producto ejecutando las órdenes de los elementos de control. La comunicación entre estos elementos y los controladores del nivel superior es estrictamente en tiempo real (AS-i, DeviceNet, Profibus-DP, Profibus-PA, FieldBus, etc.).
Seguiremos hablando de las redes industriales en sucesivas entradas.
