1. Redes de automatización industrial. Profinet
Las redes de comunicación industrial abordan la problemática de la transferencia de información entre los distintos equipos de un sistema automatizado. En la Figura 1 se muestra la estructura jerárquica pirámide de comunicaciones industriales, atendiendo a su ubicación/número de elementos y funcionalidad (datos o control). Cabe indicar que en la parte inferior, existirán numerosos elementos de automatización industrial capaces de enviar pequeñas cantidades de información. Según se sube en la pirámide, el número de elementos se reduce, pero se amplía el número de datos que se deben comunicar.

El tiempo de respuesta exigible al subsistema de comunicación de cada uno de los niveles de la pirámide CIM (Computer Integrated Manufacturing), puede variar desde unos pocos microsegundos para el nivel de proceso o campo, hasta segundos para el nivel de planta, posicionando de forma diferente el tipo de red de comunicaciones necesaria para implementar dicha comunicación.

Las redes de control están ligadas a los niveles bajos de la pirámide CIM dado que deben ser capaces de soportar, en “tiempo real”, un tráfico de información formado por un gran número de pequeños paquetes procedentes de un número de estaciones inferior al de las redes de datos. La separación entre ambas redes no es tan clara como a priori pudiera parecer, ya que se tiende a dotar a las redes de datos de características propias de las redes de control, tal como es el caso de Profinet.

Las redes industriales actualmente presentan un gran avance en cuanto a nuevas metodologías de comunicación apoyadas por el desarrollo tecnológico, aparecen también, numerosos estándares y variedad de marcas entorno a nuevas tecnologías que hacen muy variado el mercado, y amplia las  posibles soluciones de comunicación en entornos industriales.

Cuando se requiere integrar un proceso o una línea de producción, puede verse que, cada fabricante desarrolla su propio entorno de programación y sus propias características físicas de los componentes, bien cumpliendo un estándar o bien creando su propio diseño propietario. En varias ocasiones, un gran fabricante de automatización industrial genera un diseño propietario, que en unos años se convierte en un estándar de facto, usado por múltiples empresas. Actual-mente, lo más habitual es formar un consorcio o asociación de empresas que configuran las características de un sistema, proporcionando un marco de trabajo y una documentación del diseño, son los grupos de trabajo de las distintas asociaciones para la estandarización de los sistemas.

2. Redes basada en Profinet
En 1989, con el fin de permitir a los usuarios interconectar equipos de diferentes fabricantes se desarrolló el protocolo Profibus, que según el modelo ISO/OSI1 para protocolos de comunicación en la capa 1 (capa física), utiliza el estándar RS4852. Hoy en día Profibus cuenta con aproximadamente 20 millones de nodos instalados alrededor del mundo, y demostró ser uno de los mejores buses de campo. Aun así, el mercado exige un paso más y nace el estándar Profinet; un bus de comunicación industrial basado en Ethernet industrial3.

Profinet usa telegramas estándar IEEE 802.x (Ethernet) con información de prioridad. La trama Profinet tiene la estructura mostrada en la Figura 2 donde indica si se trata de un datagrama Profinet, de esta forma los switches pueden gestionar la transmisión de datos en tiempo real, aplicando mecanismos de priorización.

2.1. Software para Profinet
Los principales fabricantes de dispositivos Profinet presentan al usuario un optimizado GUI (Interface Gráfico de Usuario) para configurar una red Profinet. El software de integración tiene como función realizar tareas de configuración de la red, parametrización de los dispositivos, descarga de programación y diagnostico tanto de la red como de los dispositivos que la conforman (Figura 3).
Algunas herramientas de configuración, programación, diagnóstico y/o monitorización de integradores Profinet son:

2.2. Hardware en Profinet
Para la conexión directa de dispositivos de campo descentralizados a Industrial Ethernet, PROFIBUS International ha definido el estándar Profinet-IO. Gracias a él, los dispositivos de campo transmiten sus datos cíclicamente al controlador correspondiente. Profinet-IO tiene definidos los siguientes tipos de dispositivos.

-    IO-Controller: controlador (p. ej. PLC) en el que se ejecuta el programa de automatización.
-    IO-Device: dispositivo de campo descentralizado asignado a un IO-Controller.
-    IO-Supervisor: Programadora/PC con funciones de puesta en marcha y diagnóstico o equipo HMI4 El dispositivo de campo lee las señales de la periferia y las transfiere al IO-Controller. Éste las procesa y vuelve a transmitir las señales de salida al IO-Device.

La Figura 7 Ilustra las características de los tres grupos de Profinet-IO mencionados.

2.3. Interoperabilidad mediante archivos GSDML
Profinet presenta un modelo Maestro/Esclavo. Durante el arranque, el Maestro establece la conexión con los equipos Esclavo y escribe los parámetros de arranque hacia los equipos correspondientes. Seguidamente se inicia el intercambio de datos cíclico. El controlador Profinet (Maestro) recibe toda la información de configuración a través de una herramienta de configuración. Esta herramienta lee la información necesaria del archivo GSDML del equipo.
Los GSDML son archivos GSD (Generic Station Description) escritos en formato XML. Describen las características del modelo de dispositivo Profinet permitiendo la interoperabilidad entre distintas marcas de dispositivos. En este archivo se tienen todas las propiedades de los equipos de campo Profinet que son relevantes para el intercambio cíclico de datos.

No es objetivo del formato GSDML describir las funciones tecnológicas o la interfaz gráfica de usuario de un dispositivo. Para este propósito debe utilizarse una herramienta de ingeniería que permita la integración de los dispositivos (PcWorx, CxProgramer, Step7, etc.).

En próximos artículos se verá la configuración de una red Profinet desde varios sistemas de configuración e integración.


1    El modelo de interconexión de sistemas abiertos (ISO/IEC 7498-1), es también conocido como OSI (en inglés open system interconnection).
2    RS485 es un bus de transmisión diferencial multipunto de dos hilos no trenzados y apantallados.
3    Ethernet Industrial es el nombre dado a la utilización del protocolo Ethernet en un entorno industrial, de automatización y control de máquinas de producción.
4    La sigla HMI es la abreviación en inglés de Interfaz Hombre Máquina. Los sistemas HMI pueden verse como una representación visual de un proceso. Esta representación puede estar en dispositivos especiales como paneles de operador o en una computadora.

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