La WLAN no es más que una transmisión de paquetes Ethernet por el aire. Sería lógico por lo tanto, pensar que si los dispositivos cumplen las regulaciones ambientales y las normas establecidas, no debería haber ningún problema para utilizarlos en redes industriales.

BAT300 con Ethernet idustrial. (Foto: Belden).

Sin embargo, Ethernet no siempre es Ethernet, sobre todo en entornos industriales, porque, además de Ethernet estándar, hay dos versiones de Ethernet industrial de uso extendido: Profinet y Ethernet I/P. Ahora, por primera vez, estas variantes están totalmente integradas en dispositivos WLAN, lo que potencia aún más la integración de las WLAN en las redes industriales.

Como originalmente se crearon muchas redes industriales basadas en tecnologías de bus de campo, se desarrollaron variantes de esos buses de campo basados en Ethernet para conseguir que hubiera compatibilidad entre las tecnologías de redes nuevas y las ya existentes. Esos protocolos, como Ethernet/IP o Profinet, sirven para interrelacionar dispositivos de buses de campo, controladores y componentes de redes Ethernet. Son necesarios en componentes de redes como switches o puntos de acceso WLAN para hacerlos identificables para el controlador o el software de gestión y que así  puedan ser controlados. Debido a su flexibilidad y variabilidad, las redes inalámbricas no se pueden gestionar mediante los métodos de administración desarrollados para redes cableadas.
Hasta la fecha, no había en el mercado dispositivos WLAN que soportaran ambos protocolos. Por eso, el hecho de integrar estas pilas de protocolos convierte a los dispositivos BAT que ofrece Hirschmann™ en la solución idónea para una amplia variedad de aplicaciones.

Profinet

El protocolo Profinet fue desarrollado originalmente por Siemens y las empresas integrantes de la Organización de Usuarios de Profibus (Profibus User Organization). Profinet está basado en el protocolo de Ethernet TCP/IP y mejora la tecnología Profibus para aplicaciones que requieren comunicación rápida de datos por redes Ethernet en combinación con funciones TI industriales. Profinet se utiliza en fabricación, automatización de procesos, sistemas de control de edificios y para todo el abanico de tecnología de accionamientos, como las aplicaciones de control de movimientos síncronos. De hecho, Profinet es el segundo protocolo industrial más utilizado tras Ethernet/TCP, y, además, cumple plenamente las normas IEC 61158 y IEC 61784.

BAT MiMo3. (Foto: Belden).

Profinet IO es, en términos generales, la variante utilizada con mayor frecuencia. Esta versión de Profinet está destinada a la comunicación entre un controlador y dispositivos descentralizados de una red. Profinet IO está basado en el modelo funcional de Profibus y utiliza tecnología Fast Ethernet como medio de transmisión físico. Esto explica por qué es posible instalar dispositivos WLAN o dispositivos para Ethernet típicos en entornos Profinet: porque la transmisión de paquetes Ethernet es siempre transparente. El sistema Profinet ha sido diseñado para la transmisión rápida de datos de entrada/salida (I/O, por sus siglas en inglés) y también de datos de máquinas críticos en tiempo real, parámetros y funciones TI. Los componentes de red que no pueden evaluar estos datos y funciones y que no responden a consultas de componentes habilitados para Profinet I/O de la red (por ejemplo SPS) son básicamente invisibles para el administrador de la red y no son por lo tanto gestionables.

Con Profinet, los componentes de red están integrados en la herramienta de desarrollo mediante una descripción del dispositivo. Los atributos del dispositivo (Dispositivo Profinet IO) están descritos por el fabricante en un archivo GSD. Las señales periféricas de los dispositivos de red se leen al SPS en ciclos, se procesan ahí y se devuelven después a los dispositivos. Además del intercambio cíclico de datos de carga (payload), Profinet ofrece también funciones adicionales para transmitir diagnósticos, ajustes de parámetros y alarmas, y soporta también funciones en tiempo real (RT, por sus siglas en inglés).

Aplicación de WLAN en un aerogenerador. (Foto: Belden).

Ethernet/IP

Ethernet/IP es también una red de comunicación industrial basada en la tecnología Ethernet y en los protocolos de transporte TCP/IP y UDP/IP. Esto significa que los dispositivos habilitados para Ethernet se pueden utilizar también con Ethernet I/P, como ocurría con Profinet. En el mercado actual, Ethernet I/P ocupa el tercer lugar entre los protocolos industriales en uso.

Como en el caso de Profinet IO, Ethernet/IP perfecciona Ethernet con un protocolo industrial denominado Protocolo Industrial Común (CIP, por sus siglas en inglés), que funciona como una capa de aplicación para aplicaciones de automatización. Entre las funciones de este protocolo cabe citar la captura de datos en estaciones de trabajo en red, la configuración y programación en línea de sistemas así como el control de dispositivos periféricos y de campo de entrada/salida en tiempo real vía Ethernet. CIP hace las funciones de capa de aplicación y se utiliza en tres sistemas de bus abierto: Ethernet/IP, ControlNet y DeviceNet. Este protocolo utiliza mensajes implícitos de entrada/salida y telegramas de respuesta/consulta individuales para la configuración y la captura de datos (mensajes explícitos).
El mantenimiento y desarrollo del protocolo CIP corre a cargo conjuntamente de la ODVA (Open DeviceNet Vendors Association, www.odva.org) y de ControlNet International (www.controlnet.org).

Características exclusivas de una WLAN

Ya ha quedado dicho que una red inalámbrica no se puede considerar ni tratar exactamente igual que una red cableada, porque una red inalámbrica es variable por su propia naturaleza. Los clientes de la red, es decir, los usuarios, cambian de posición y se mueven de un punto de acceso a otro, y, en consecuencia, la topología de la red cambia también constantemente. Incluso en el caso de instalaciones inalámbricas fijas como por ejemplo, edificios interconectados a través de una conexión punto a punto inalámbrica, los parámetros de conexión no son siempre estables. Las condiciones meteorológicas, las influencias perturbadoras (no solo de radar) o simples cambios mecánicos, como el cambio de posición de la antena producido por vientos fuertes, son causa de variación de las velocidades de transmisión reales y de las tasas de transferencia de datos, y de posibles cambios en los canales, etc. Un parámetro clave, sobre todo en las redes basadas en Profinet y Ethernet/IP, es el tiempo de transmisión real (throughput).

Las redes inalámbricas, por su propia naturaleza, no pueden alcanzar la corta latencia de las conexiones cableadas sencillas. Una WLAN 802.11n con una configuración ideal alcanza valores similares a la Fast Ethernet vía cable.
La capa MAC de WLAN ha sido diseñada para que los paquetes no se puedan enviar sin más: antes se tiene en cuenta a cualquier otro usuario de la red y, en caso necesario, el paquete tiene que esperar. Por ello no se puede garantizar la latencia corta de todos los paquetes que se envían. Esto no ocurre en el caso del cable porque solo tiene dos extremos, mientras que las redes inalámbricas tienen muchos «extremos» y es preciso tener en cuenta a todos los usuarios.

Profinet en el sector de la automoción.  (Foto: Belden).

También en las redes Profinet y Ethernet/IP hay que prestar atención a todos estos aspectos. Ni Profinet IO ni CIP están adaptados a la WLAN. Hasta ahora ha habido una carencia total de parámetros apropiados y, en consecuencia, los dispositivos WLAN han sido ignorados totalmente a en estas redes (en realidad no son visibles para el PLC o el SPS) o han sido gestionados incorrectamente.

Implementación de CIP y PNIO en dispositivos WLAN

Para integrar dispositivos WLAN en estas redes hay que hacer mucho más que simplemente instalar el paquete de software. Una lista de nuevos parámetros permite ahora controlar la conexión WLAN, y ello permite a su vez ajustar el controlador adecuadamente para que se pueda comunicar de forma eficaz con los dispositivos inalámbricos de la red y tener en cuenta sus periodos de latencia. Además, es posible programar el controlador para que reaccione a eventos inesperados a lo largo de la ruta WLAN. Se pueden definir diversos valores umbral para que se disparen alarmas si, por ejemplo, la calidad de la conexión es inferior al valor especificado.

Los dispositivos BAT de Hirschmann™ soportan ahora también el software de gestión típico de uso extendido en entornos Ethernet industrial, lo cual significa que no hay ningún obstáculo que impida la integración de dispositivos WLAN en redes Ethernet I/P o Profinet.

Conclusión

Las redes inalámbricas basadas en WLAN conforme a 802.11 representan el medio para la transmisión Ethernet por el aire, pero un examen más detenido pone de manifiesto que el hecho de soportar totalmente las pilas de protocolos de Ethernet I/P y Profinet IO no es suficiente para utilizar eficazmente WLAN en redes. Hirschmann™, pionera en este campo, ha desarrollado una gama completa de nuevos parámetros y alarmas que ayudan a adaptar redes a las características especiales de la WLAN. Esto abre el mercado a la WLAN en todas las áreas donde se utilizan estos protocolos, un hecho especialmente importante en el campo de la automatización y en el sector de la automoción, una de las piedras angulares de la economía alemana.

Autor:

Autor: Olaf Schilperoort
Hirschmann Automation and Control GmbH, Neckartenzlingen

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