Sistemas de Comunicación Industrial: Estructura y Tecnologías Esenciales

Comunicación Industrial: Fundamentos y Niveles en la Automatización

La Comunicación Industrial se define como la rama de la tecnología encargada de la transmisión de información entre sistemas electrónicos que gestionan el control y el ciclo de vida de los productos industriales. Su objetivo es resolver el desafío de la transferencia de datos entre dispositivos de control del mismo nivel y entre aquellos correspondientes a niveles contiguos de la pirámide CIM (Computer Integrated Manufacturing).

Niveles de la Pirámide CIM y Dispositivos Asociados

La pirámide CIM estructura los diferentes niveles de control y gestión en un entorno industrial, desde el proceso más básico hasta la gestión empresarial global:

• Nivel 0: Proceso (Sensores, Actuadores, Máquinas)
• Nivel 1: Campo (PLCs, CNCs, Buses de Campo)
• Nivel 2: Célula (PCs, PLCs, Buses de Campo, LAN)
• Nivel 3: Planta (PCs, Servidores, Estaciones de Trabajo)
• Nivel 4: Factoría (PCs, Servidores, Internet)

Nivel de Gestión de Fábrica: Enterprise Resource Planning (ERP)

En la parte superior de la pirámide CIM, encontramos el Enterprise Resource Planning (ERP), un sistema integral de gestión empresarial.

• Función Principal: Gestionar información, tareas de negocios, operaciones, producción y pronosticar oferta/demanda.
• Beneficios Clave: Brinda soluciones prácticas, reduce los tiempos y costos de manufactura.
• Proveedores de Software Comunes: Oracle, SAP, SSA, IBM.
• Tipo de Red Típica: LAN Ethernet.

Nivel de Célula y Campo: Sistemas de Control Distribuido (DCS)

En los niveles de célula y campo de la pirámide, se implementan sistemas como el Sistema de Control Distribuido (DCS).

• Función Principal: Sistema de control que adquiere el estado de sensores, realiza cálculos y gestiona procesos.
• Beneficios Clave: Reduce significativamente el cableado entre PLCs, CNCs u otros controladores con los sensores y actuadores.
• Tipo de Red Típica: Buses de campo.

Determinismo en Sistemas de Tiempo Real

El determinismo es una cualidad clave en los sistemas de tiempo real. Se refiere a la capacidad de predecir con alta probabilidad el tiempo que una tarea tardará en iniciarse y completarse. Esta característica es fundamental, ya que los sistemas de tiempo real requieren que ciertas tareas se ejecuten en secuencias y plazos específicos para garantizar la funcionalidad y seguridad de los procesos industriales.

Tasas de Transferencia de Datos por Nivel

La velocidad de comunicación varía significativamente entre los diferentes niveles de la pirámide industrial:

• Nivel 0 (I/O): Bytes/microsegundo (µs)
• Nivel 1 (PLC): Bytes/milisegundo (ms)
• Nivel 2 (Máquinas Autómatas): Bytes/segundo (s)
• Nivel 3 (PC, Ethernet): Megabytes/minuto (MB/min)
• Nivel 4 (Host): Megabytes/hora (MB/h)

Redes de Empresa y Fábrica

Estas redes soportan aplicaciones de gestión y diseño a nivel corporativo y de planta:

• Programas de Gestión: ERP (Enterprise Resource Planning), MES (Manufacturing Execution Systems).
• Herramientas de Diseño y Fabricación: CAD/CAM/CAE (Computer-Aided Design/Manufacturing/Engineering).
• Herramientas de Colaboración: Groupware, que permiten el trabajo en equipo del personal de todas las áreas de la empresa.

Redes de Control: Buses de Campo

Las redes de control, comúnmente denominadas buses de campo, resuelven los problemas de comunicación en los niveles inferiores de la pirámide CIM. Se utilizan para comunicar sistemas de control industrial entre sí y/o con dispositivos de campo.

Este tipo de redes están diseñadas para facilitar la comunicación entre diversos sistemas electrónicos de control como PLCs y CNCs. Son, por lo general, redes de área local de tipo principal-subordinado o productor-consumidor, que poseen varios nodos principales. Cada nodo produce información que es consumida por todos los demás.

Los servicios de comunicación que proporcionan no solo permiten el intercambio estructurado de información, sino que también facilitan tareas esenciales como el diagnóstico, la programación, la carga, la descarga, la ejecución y la depuración de los programas ejecutados en ellos.