Conectores enchufables para sistemas de bus de campo y redes de comunicación.
Cuando se selecciona un sistema de comunicación  industrial, la atención se centra en los sistemas de Ethernet industrial y de bus de campo. Ya sea Interbus o Profinet, un factor decisivo para el
funcionamiento del sistema  lo constituye el concepto del cableado con conectores industriales debidamente optimizados para el entorno de producción.

Hoy en día, para las redes de comunicación internas en las empresas, no se utilizan únicamente redes genéricas, conformes a la norma IEC 11801/24702. En el entorno de producción, las redes específicas para aplicaciones conformes a la norma IEC 61918 también tienen su importancia dentro de las llamadas islas de automatización. Para las soluciones basadas en Ethernet, las estrategias van desde el uso del cableado de comunicación genérico en el ambiente industrial hasta los componentes especiales y la elección de las topologías adecuadas. Los buses de campo más habituales están fundamentalmente basados en RS 485 ó CAN y  siempre utilizan componentes especiales.

Las organizaciones de bus de campo tienen sus propias definiciones.
Con frecuencia, las comunicaciones industriales se encuentran con condiciones de aplicación severas. Además de las propiedades relacionadas con la transmisión, cuando se seleccionan los componentes, los usuarios también deben observar las condiciones ambientales. Éstas se pueden describir sistemáticamente mediante la utilización del modelo MICE conforme a la norma IEC TR 29106 para la tensión relacionada con los efectos mecánicos, sustancias extrañas, clima e interferencias electromagnéticas, así como los niveles de gravedad (severity levels)  1, 2 y 3 para la oficina, luz y áreas industriales respectivamente.

Por otro lado, las organizaciones de bus de campo con frecuencia tienen sus propias definiciones, como por ej. para dentro y fuera del armario de control. Además, el uso de cables apantallados y de un sistema de compensación de potencial y tierra tienen un impacto significativo en la fiabilidad de la red. Esta es también la razón por la que varias organizaciones se ciñen a sus directivas cuando se trata de componentes comprobados para el sistema y de técnicas de cableado apropiado. Si no existe un sistema de  compensación de potencial correcto o los efectos EMC generan inadmisibles tensiones de interferencia, entonces se deberían seleccionar las conexiones ópticas.

La tecnología de conexión rápida es una ventaja
Cuando se transmiten datos eléctricos, los buses de campo basados en cableado en paralelo están físicamente diseñados para que una vez que una señal haya sido introducida en el bus, entonces se encuentre disponible en cualquier ubicación del la ruta de transmisión.  Como consecuencia, cada participante puede recuperar la señal en cualquier ubicación mediante el uso de una configuración de circuito pasivo paralelo de su receptor. Lo mismo se hace extensible a la señal leída por un aparato del bus. Aquí, el protocolo del software siempre garantiza que solamente un emisor esté activo en cualquier momento. El cable debe ser terminado en ambos extremos con su resistencia de cierre para evitar retornos. Además, las líneas de derivación se deberían mantener lo más cortas posible.
Este ajuste físico precisa una topología en línea. Durante la fase de planificación se deben tener en cuenta las resistencias terminales; las cuales están o bien integradas en los dispositivos o deben ser suministradas como un componente externo.
El que todos los aparatos se conecten en paralelo hace necesario el uso de conectores en el dispositivo para la conexión local del cable entrante y saliente (figura 1).
Los conectores enchufables diseñados de forma óptima  para el bus de campo específico, con un sistema de conexión rápida ofrecen en este punto claras ventajas.

El montaje in situ es una obligación
Con frecuencia, las resistencias terminales están integradas en el propio conector y pueden ser activadas (conectadas), lo cual se traduce en la desconexión del cable de salida. Como consecuencia, cuando hay que modificar una planta o sistema, sólo se necesita activar un switch
–no se precisan cambios complejos en la instalación. El bus puede ser conectado y desconectado sistemáticamente paso a paso– lo cual es muy importante durante la puesta en marcha y la búsqueda de fallos. Los cables preconfeccionados, especialmente sencillos de manejar, se pueden utilizar si el equipo está provisto de un conector en T; los cables de entrada y de salida se pueden insertar en este elemento, eliminado de esta forma cualquier montaje local. Esta configuración se utiliza con mucha frecuencia para los cableados M12.
Por otro lado, los sistemas basados en Ethernet conforme a la norma IEEE 802.3 transmiten datos eléctricos utilizando una conexión punto a punto con una longitud total máxima de 100 m. Se utilizan sistemas de conexión macho a hembra, muy similares a las empleadas en el cableado estructurado de edificios. También se pueden utilizar los pasamuros que estén provistos de 2 tomas hembra (bulkheads). Aquí, existe una diferencia significativa entre tecnología de automatización industrial y el cableado de comunicación en el entorno ofimático. Mientras que en la oficina prácticamente sólo se utilizan cables prefabricados, en el campo de la tecnología de automatización el cableado confeccionado in situ local es una absoluta necesidad.
Generalmente, no se utilizan una toma montada en panel y se lleva un cable individual directamente de dispositivo a dispositivo. Por ello los conectores RJ45 deben ser montados directamente en campo. Los conectores RJ45 estándar sólo pueden montarse usando conductores AWG26 y una herramienta de crimpado. Esta es la razón por la que los cables con secciones de conductor de hasta  AWG22 -generalmente utilizados en ambientes industriales- no se pueden utilizar.
Es por ello que los conectores enchufables con un sistema de conexión rápida  que permita el montaje sin herramientas  son especialmente ventajosos para aplicaciones industriales (figura 2).

Construido para soportar tensión mecánica
Todos los sistemas usuales también permiten utilizar cables de fibra óptica como medio de transmisión. A diferencia del ambiente de oficina –en el que la fibra de vidrio domina– en las aplicaciones industriales se utilizan varios tipos de fibra dependiendo de la longitud del enlace de datos. Para fibra de vidrio monomodo, el diámetro del núcleo de fibra que transmite luz es de 9 µm, para el multimodo 50 µm,  para PCF 230 µm y para el POF 980 µm. De esta forma, las exigencias de precisión y de costes de instalación juegan un papel fundamental a la hora de seleccionar el conector enchufable apropiado.
No sólo esto, el enlace de datos requerido debe ser implementado con una tecnología que sea lo más sencilla posible de instalar. La pérdida causada por la atenuación del conector debe ser tenida en cuenta junto con la propia de la fibra.
La resistencia en relación a la tensión mecánica también es importante ya que se precisa con mayor frecuencia en ambientes industriales que en el entorno de la oficina. Choque, vibración y diferencias de temperatura causan un esfuerzo axial o radial al eje óptico. Esto repercute en un aumento inadmisible de la atenuación  en la conexión enchufable (figura 3), la cual, a su vez, reduce la intensidad óptica transmitida. La transmisión de datos se interrumpe cuando se sobrepasa el margen de pérdida de atenuación del enlace de datos.

Los conectores enchufables SCRJ deben ser compatibles
Este es el motivo por el que los conectores enchufables utilizados en el ambiente de la oficina no son apropiados  para las exigencias específicas de la industria.
Por otro lado, aparte del entorno de la oficina, los conectores SCRJ resistentes también han dado prueba de su eficacia en el uso industrial, y están especificados para una amplia gama de redes (figura 4). Su diseño compacto como conector SFF (small form factor) permite una sencilla integración dentro de los dispositivos. Las punteras de resorte con un diámetro de 2,5 mm pueden acomodar la fibra de forma sencilla. Esto tiene como resultado, un conector óptico resistente que se puede utilizar con todos los tipos de fibra.
Además, este sistema también facilita el montaje sencillo y rápido en el campo, lo cual resulta muy práctico. Por ejemplo, para la fibra de polímero (POF), sólo se necesita que se corte y se ajuste en los manguitos de cierre rápido. La compatibilidad del conector estándar SCRJ a los conectores SC ampliamente utilizados representa una ventaja en la puesta en marcha y en el diagnóstico.

Resumen
Ya sea con cable de fibra óptica o de cobre, en un armario de control o en un dispositivo, para una estación de soldadura o una planta química – los sistemas de comunicación industrial se pueden utilizar con éxito en aplicaciones de automatización. Se pueden  implementar topologías fiables y flexibles en la construcción de plantas y de máquinas fácilmente mediante conectores enchufables adaptados y soluciones bien pensadas para la instalación rápida en el campo.

Profinet supera los límites del cableado genérico

Las topologías flexibles en la construcción de plantas y de máquinas se pueden implementar de forma sencilla siguiendo las reglas del cableado estructurado. Como consecuencia, las organizaciones de bus de campo superan los límites del cableado genérico. Por ejemplo, Profinet permite las topologías flexibles y hace que sea sencillo seleccionar y dimensionar los cables entre los dispositivos activos. Esto significa que una red puede establecerse siguiendo algunas reglas sencillas y sin precisar ningún cálculo.

Al utilizar los tipos de cable definidos, se puede establecer una longitud de segmento o canal de 100 m mediante el uso de cualquier combinación de cables flexibles y de instalación fija. Los conectores enchufables en cada segmento se pueden configurar de forma flexible para cumplir los requisitos industriales siempre y cuando no se supere el límite de 4 conectores.

El modelo de planificación simplificado sólo se puede conseguir utilizando una sección de conductor de AWG22, que es mayor que las secciones de AWG26 o AWG 24 – los tipos normalmente utilizados en un cableado  de edificios estructurado.

A diferencia de los cables genéricos consistentes en cuatro pares de conductores trenzados, Profinet utiliza un cable en estrella “star quad”  optimizado en el que los cuatro conductores están trenzados los unos con los otros. Todos los cables están apantallados para garantizar la alta inmunidad a interferencias y están óptimamente adaptados a los conectores enchufables especificados por Profinet.

Autor:

Eva Andueza, Jefe de Producto de Phoenix Contact, S.A.

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