Adición de Ethernet para E/S:pros, contras y cosas cruciales que debe saber para el diseño de automatización industrial

Entrada/salida industrial (I/ O) Los dispositivos constituyen el sistema nervioso central de muchas máquinas modernas y, por extensión, de las plantas industriales. En los últimos diez años, el uso de Ethernet como capa física ha sido uno de los avances más importantes en el diseño de automatización industrial para dispositivos de E/S de bus de campo.

EtherNet/IP moderno (protocolo industrial de Ethernet) combina Ethernet tradicional con un protocolo de capa de aplicación industrial destinado a la automatización industrial. Fue creado para superar las deficiencias del IEEE tradicional, que tenía dos problemas principales:

1. El IEEE tradicional no era adecuado para manejar todos los procesos complejos y pesados ​​de datos involucrados en la automatización moderna. Utiliza una gama de varios estándares que pueden hacer que el mantenimiento de E/S y el uso sean un desafío
2. En el pasado, las organizaciones de bus de campo creaban sus propios estándares para conectores, protocolos y pilas. Ahora, la capa física puede ser manejada por organizaciones de estándares internacionales de base amplia que establecen estándares de Ethernet para entornos industriales, de oficina y de consumo.

La conexión de dispositivos de E/S a través de Ethernet para controlarlos de forma remota, recopilar y analizar datos y monitorear estados ha permitido que muchas plantas mejoren la confiabilidad, la consistencia y la eficiencia. Y I/O Ethernet puede desempeñar un papel importante para las plantas que buscan actualizar sus líneas y procesos de automatización en el futuro.

Pero como cualquier tecnología, existen ventajas y desventajas de agregar Ethernet al entorno de diseño de automatización industrial. Para ayudarlo a tomar una decisión informada mientras busca mejorar su producción, a continuación, describimos los puntos principales para E/S Ethernet:

• Ventajas
• Contras
• Ethernet frente a otras opciones
• Mejores prácticas

VENTAJAS de Ethernet para E/S

La E/S en red, mediante Ethernet, ha proporcionado un mejor rendimiento mejorado, una topología flexible y una configuración más sencilla, así como una serie de otras ventajas.

1. Procesamiento más rápido:  La E/S de Ethernet permite ejecutar actualizaciones en tiempo real en menos de un milisegundo. Las velocidades de procesamiento más altas crean eficiencias en la recopilación y el análisis de datos, un componente fundamental para la automatización industrial de datos pesados.
2. Protocolos de comunicación abiertos estandarizados para el diseño de automatización industrial:  Ethernet se utiliza en combinación con protocolos estándar de código abierto, como EtherCAT, Profinet, EtherNet/IP, Powerlink y otros. Y todos ellos pueden interactuar fácilmente con muchos dispositivos, como variadores, codificadores y controles industriales en la red de E/S. A medida que los buses de campo se han vuelto más abiertos y dependientes de tecnologías físicas conocidas como Ethernet, las tasas de actualización de la red de E/S han aumentado hasta el punto en que pueden seguir el ritmo de los eventos en tiempo real en el sistema de control.
3. Menos cobre — Costos más bajos –  Las redes IEEE anteriores requerían cantidades significativas de cableado de cobre para dispositivos industriales. Pero hoy en día, conectar dispositivos de E/S al controlador solo requiere la conexión de red de E/S, alimentación de control y, en el caso de dispositivos de alta energía, alimentación trifásica. Esto elimina los bucles de tierra y los líos de cables de cobre. En su lugar, un cable estándar conecta el controlador al sistema operativo industrial, que puede ubicarse lejos de su controlador y distribuirse.
4. Protección contra la obsolescencia de la plataforma:  Debido a que Ethernet está disponible para prácticamente todas las plataformas de hardware existentes, no está vinculado a ningún fabricante o clase de equipo. Continuará funcionando en el futuro previsible, brindando una inversión en conectividad a prueba de futuro, que también tiene el beneficio de reforzar la seguridad a largo plazo.
5. Confiabilidad:  La E/S de Ethernet funciona de manera confiable en entornos hostiles, como los de plantas de energía solar, refinerías de petróleo y gas, ferrocarriles, plantas de energía eólica e incluso instalaciones marinas. Lo más probable es que el diseño de automatización industrial con E/S Ethernet satisfaga las exigentes necesidades de su entorno de producción.
6. Normas comunes certificadas y amplio soporte de proveedores:  Industrial Ethernet utiliza los protocolos de transporte y control de Ethernet tradicional y las tecnologías de señalización y acceso a medios que se encuentran en las tarjetas de interfaz Ethernet disponibles en el mercado. Es un estándar sólido y certificable que permite una gran flexibilidad en el uso del equipo al tiempo que garantiza que los laboratorios de prueba de EtherNet/IP certifiquen, prueben y aprueben los dispositivos para garantizar su calidad y consistencia. El núcleo de EtherNet/IP es el Protocolo de información y control (CIP) que se utiliza en ControlNet, DeviceNet y CompoNet. Este estándar organiza los dispositivos en red como una colección de objetos, definiendo el acceso, el comportamiento de los objetos y las extensiones. Esto proporciona acceso a una gran variedad de dispositivos mediante un mecanismo común y, debido a que es un estándar ampliamente utilizado (todas las industrias usan Ethernet), existe un amplio soporte de proveedores para casi cualquier tipo de dispositivo de E/S.
7. Configuración sencilla y rápida:  Ethernet brinda a los productores más opciones, ya sea seguridad, bus de campo, menos programación o servidores web. Permite que las plantas se muevan entre protocolos o implementen un bus de campo por primera vez de manera simple y enchufable. Muchos productos se configuran automáticamente, ya que reconocen automáticamente el protocolo maestro.
8. Otros beneficios:  Algunos beneficios menores adicionales del diseño de automatización industrial con Ethernet para E/S incluyen: Interconexión única (o par para alta disponibilidad) para E/S de red y almacenamiento; Reducción de energía, enfriamiento y uso de espacio de piso más eficientes y un entorno de planta más sostenible; Mejoras en el rendimiento del servidor, maximizando PCI y ranuras mezzanine; Mejor escalabilidad de la capacidad de E/S para manejar las necesidades de aplicaciones agrupadas y de alto rendimiento.

Desventajas de agregar Ethernet para E/S

Ahora que hemos cubierto ampliamente los beneficios de E/S de Ethernet, analizaremos algunos de los mayores inconvenientes:

• Limitaciones de ancho de banda:  La E/S de Ethernet tiene un ancho de banda limitado. Muchos PLC solo pueden mover tamaños de paquete de alrededor de 500 bytes, lo que a veces puede ser un obstáculo importante, lo que podría ralentizar las operaciones.
• El procesamiento es devorado por las capas TCP/IP:  EtherNet/IP es un protocolo de capa de aplicación que se transfiere dentro de un paquete TCP/IP. Eso significa que un ancho de banda significativo del procesador se destina al procesamiento de las capas TCP/IP, lo que vuelve a ralentizar el rendimiento.
• Modelado sin información:  Con Ethernet, no existe un verdadero modelado de información. Puede crear objetos con atributos, pero no puede vincular objetos en ningún tipo de jerarquía. Esto puede crear algunos desafíos en las implementaciones del mundo real del diseño de automatización industrial.
• Variación de equipo:  Existe una funcionalidad limitada para Ethernet con ciertos controladores, por lo que aún debe tener cuidado al seleccionar el mejor equipo.
• Dominado:  En muchos casos, Ethernet se utiliza mejor para aplicaciones de control discreto. Puede funcionar en el control de procesos, escenarios, pero puede ser una solución sobrecargada que consume demasiado presupuesto innecesariamente. En algunos casos, existen soluciones más prácticas y menos costosas.
• Diagnóstico:  Los diagnósticos genéricos no están integrados en todos los dispositivos Ethernet. Cada dispositivo puede necesitar que se diseñen e implementen sus propios diagnósticos personalizados, lo que puede llevar mucho tiempo.

Comparación de Ethernet con otras tecnologías

Cosas cruciales que debe saber

Al realizar la transición a E/S de Ethernet, es fundamental evaluar una amplia gama de funciones para obtener el tipo de Ethernet adecuado. Considere las siguientes arquitecturas Ethernet IOS:

• Sistemas Ethernet por módulo
• Sistemas de transporte de módulos
• Sistemas de cúmulos estelares

Características esenciales

Aparte de su arquitectura, cada Ethernet IOS tiene características funcionales importantes que deben evaluarse. Cada IOS industrial debe proporcionar algún nivel de soporte para las siguientes funciones comunes:

• Monitoreo de energía
• Distribución de energía
• Soporte de interbloqueo
• Protección del Medio Ambiente

Podemos ayudar

La elección del protocolo Ethernet depende de muchos factores. Pero la mayoría de las veces, los PLC utilizados en sus instalaciones y la demanda de sus clientes determinarán su decisión. Si usa Siemens, Profibus DP o ProfiNet IO pueden ser sus mejores opciones. Si utiliza Rockwell ControlLogix o CompactLogix, EtherNet/IP o DeviceNet son sus mejores opciones. Los requisitos de su aplicación y la infraestructura actual impulsarán la toma de decisiones.

En EPIC, tenemos una gran experiencia en una amplia gama de sistemas y tecnologías, y hemos ayudado a plantas en todo el mundo. Si necesita asistencia experta para seleccionar las mejores tecnologías para el diseño de automatización industrial de sus plantas, podemos ayudarlo.

Contáctenos aquí o llame al 314-714-1580 para obtener ayuda.

Otro gran recurso

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