PROFINET está experimentando un incremento espectacular en el número de nodos instalados a medida que sigue creciendo la confianza en su compatibilidad con los sistemas de bus de campo existentes. Eric Gory, responsable de productos para comunicaciones industriales para el mercado europeo en Molex, analiza la actual integración de PROFINET en el entorno de automatización industrial.

La automatización en fábrica ya tiene una larga trayectoria en lo que concierne a comunicaciones; hace 20 años, el único requisito del bus de campo consistía en transferir de modo fiable datos de procesos y controlar con precisión dispositivos. En el transcurso de los años, los requisitos se endurecían con el aumento del número de capas en los procesos, y algunos buses de campo no eran capaces de cumplir estas exigencias.
Las empresas líderes en el desarrollo de PROFIBUS, entre las que figura Molex, se han asegurado de que el estándar avanzara en concordancia con el progreso. Gracias a su marca de automatización Brad®, Molex ha desarrollado una amplia gama de soluciones para PROFIBUS, que incluye cordones eléctricos, enchufes, conectores de acoplamiento en campo, módulos E/S, interfaces de PC y PLC, pasarelas, herramientas de diagnóstico y software de simulación. PROFIBUS sigue siendo la solución de bus de campo predominante en el mundo y, según la comunidad de comunicaciones industriales, conocida como PI o PROFIBUS y PROFINET International, existen más de 20 millones de dispositivos instalados en plantas de producción en todo el mundo. Entre las aplicaciones típicas en las que Molex participaba activamente hasta ahora cabe mencionar mensajería, interfaces hombre-máquina (HMI) de supervisión, sistemas de control de tiempo real, puentes entre redes y dispositivos, conexiones físicas en entornos adversos así como comunicaciones de entrada y salida.

Hoy en día, los sistemas de producción requieren una red que también permita intercambiar datos entre diferentes procesos y máquinas. Esto ha contribuido a que los protocolos tiendan a adoptar ideas de otras áreas, tales como telecomunicaciones y redes, es decir, la migración al protocolo TCP/IP. Ello capacita a los ordenadores, sistemas de control y máquinas para intercambiar, interna y externamente, información dentro de la empresa. Asimismo elimina cualquier barrera en el entorno corporativo, posibilitando la interacción entre una amplia gama de aplicaciones.
Sin embargo, Ethernet, de acuerdo con el estándar IEEE 802.3, no es apta para la comunicación horizontal necesaria para la producción porque permite bloquear el tráfico de red incluso en el caso de que otro dispositivo tenga que enviar un mensaje urgente. Por eso nació Ethernet Industrial, una tecnología enfocada hacia las fábricas, producción, procesamiento y control, especialmente diseñada para el entorno industrial. Ofrece comunicación en tiempo real y, de este modo, garantiza que cada dispositivo co nectado a red pueda recibir y enviar datos en cualquier momento.

Comercializado por primera vez en 2005, PROFINET no es solamente PROFIBUS para Ethernet, sino que ofrece mucho más. PROFINET utiliza conceptos similares a PROFIBUS, pero con un uso más eficiente de ancho de banda en la red, siguiendo un modelo de comunicación entre proveedor y consumidor, en vez de la solución maestro-esclavo convencional. Además, PROFINET ofrece más nodos (casi un número ilimitado), más datos (un marco PROFINET tiene un máximo de E/S de 1.440 bytes), más velocidad (100 Mbits/s, Ethernet dúplex completo) y, hacia mediados del año que viene, cumplirá el estándar IEEE 802.11 para comunicaciones inalámbricas.
Aunque algunos de los otros buses de campo también se han beneficiado de las ventajas de Ethernet Industrial, muchos de estos solamente ofrecen compatibilidad parcial con TCP/IP o, en función de cómo se aplica la red, no cumplen plenamente las especificaciones de TCP/IP. Esto significa que dispositivos tales como un PC u ordenador portátil no se pueden conectar directamente a la red. Por otra parte, PROFINET es plenamente compatible con TCP/IP, ofreciendo una extensa red de automatización industrial y E/S de tiempo real, integración entre entidades pares (P2P), control de movimiento, integración vertical en toda la empresa, seguridad y fiabilidad funcionales, además de integrar buses de campo convencionales.
Hasta ahora, los buses integrados disponibles incluían PROFIBUS, Interbus-S, DeviceNet, comunicaciones seriales, Modbus, AS-i, HART, PROFIBUS PA, y está prevista la plena integración de enlaces FF y CC. Esto se ha conseguido utilizando la tecnología proxy, que, por diseño y especificación, es una pasarela. Ofrece conectividad de un bus de campo a PROFINET para la fácil integración de soluciones o productos existentes. Con el mapeo estandarizado, estos dispositivos funcionan como dispositivos PROFINET. La comunicación transparente garantiza que no se necesite ningún tratamiento especial en la aplicación de control. 

¿Cómo, pues, funciona un proxy? Al utilizar, por ejemplo, un proxy PROFINET para PROFIBUS en el lado de Ethernet, el proxy actúa de dispositivo PROFINET en Ethernet. En este caso, el proxy representa todos los componentes de PROFIBUS en Ethernet y transfiere todos los datos del esclavo PROFIBUS a un protocolo PROFINET. En el lado de PROFIBUS, el proxy actúa de maestro DP en PROFIBUS intercambiando cíclicamente datos entre los esclavos y el maestro DP.
El diseño de PROFINET se basa en una estructura modular. De este modo, los propios integradores, desde los constructores de máquinas individuales hasta los ingenieros de automatización que trabajan en una planta de producción completa, pueden seleccionar las funciones de cascada. Junto con PROFINET, existen dos soluciones: PROFINET CBA y PROFINET IO.
PROFINET CBA es apto para la comunicación basada en componentes vía TCP/IP y la comunicación en tiempo real, en el caso de que la ingeniería de sistemas modulares requiera esta. Ambas opciones de comunicación pueden utilizarse en paralelo para lograr una verdadera integración P2P. Además, PROFINET IO se ha desarrollado para la comunicación en tiempo real (RT) y en tiempo real isócrono (IRT) con la periferia descentralizada. Tanto PROFINET CBA como PROFINET IO pueden comunicarse al mismo tiempo y en el mismo sistema de bus. También pueden funcionar por separado o en combinación, de modo que un subsistema PROFINET IO se presenta como un sistema PROFINET CBA desde el punto de vista del sistema.
Desde el nacimiento de PROFIBUS en 1989, Molex es y sigue siendo miembro activo de la organización PROFIBUS –hoy en día PI, o PROFIBUS y PROFINET International. La empresa también promueve con fuerza el uso de PROFINET y participa activamente en varios grupos de trabajo, incluido el núcleo PROFINET IO. Entre los productos ya desarrollados por Molex se encuentran kits (pilas) de dispositivos y controladores de entrada y salida, cordones eléctricos, enchufes, conectores de acoplamiento en campo, módulos E/S, conmutadores de Ethernet, interfaces PCI y PCI Express, proxies y pasarelas.

Como centro de competencia PROFINET certificado, laboratorio de pruebas y centro de formación para Europa con sedes en Italia y Francia, Molex se sirve de un demostrador de PROFINET y ofrece productos, seminarios y talleres, así como asistencia técnica. PROFINET es especialmente apto si se usan equipos de varios fabricantes, tales como Siemens, Allen-Bradley, Omron y Mitsubishi, ya que utiliza diferentes plataformas de control y numerosos buses de campo como por ejemplo PROFINET, PROFIBUS, DeviceNet, etc. Como tal, la pared de demostración explica cómo se consigue esto, utilizando PROFINET RT y los proxies apropiados.
Para el control de movimiento, en el que se requieren velocidad y, al mismo tiempo, sincronización precisa de los dispositivos E/S, se recomienda PROFINET IRT. El concepto de Ethernet en tiempo real en modo isócrono es relativamente fácil de comprender: se basa en una programación del sistema de comunicación que incluye una sincronización precisa de ciclos y dominios de tiempo separados para procesos con y sin requerimiento de tiempo real. 

A modo de resumen: existen el canal TCP/IP abierto para datos estándares; el canal RT, para la transferencia de alto rendimiento de datos cíclicos y las señales controladas por eventos; y el canal IRT, para la transferencia de alto rendimiento de datos en modo isócrono, minimizando la fluctuación a un valor inferior a 1 µs. Las ventajas de esta topología de control de movimiento consisten en que los dispositivos estándares de Ethernet pueden conectarse a la red en cualquier punto porque el dominio de tiempo real no se cierra. Para ello, se utiliza un modelo mejorado de controlador de Ethernet en tiempo real que integra el estándar IEEE 1588 para reloj sincronizador.
La seguridad, antes un factor de coste, se ha convertido en una estrategia para mejorar la productividad y reducir el tiempo de indisponibilidad. Por esta razón, se ha incorporado a la solución PROFINET un módulo de seguridad funcional denominado PROFIsafe. Este módulo cubre las partes de los sistemas de comunicaciones sensibles a la seguridad, como por ejemplo direccionamiento, temporizadores de vigilancia, secuenciación, firma, etc., para garantizar la protección de los operarios y los equipos de capital contra peligros causados por defectos en producción y maquinaria.
Con 20 años de experiencia en el sector de automatización, Molex está en una posición óptima para ofrecer un servicio de asistencia técnica completo en todo el proyecto de integración de PROFINET –desde la implementación de pila de PROFINET, así como de herramientas, hasta la puesta en servicio de sistemas PROFINET con la certificación de pruebas apropiada, incluido el despliegue de hardware y firmware. En la transición de PROFIBUS a las ventajas aportadas por PROFINET, el amplio know-how y la larga experiencia de los ingenieros de Molex serán muy útiles.

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