Opciones de Comunicación en un PLC. Comunicación Ethernet/IP

    En la actualidad, la automatización industrial no sólo depende de los controladores lógicos programables (PLC), sensores y actuadores, sino también de la forma en que estos elementos se comunican entre sí. La información debe transmitirse con rapidez, seguridad y estandarización para garantizar que los procesos funcionen correctamente.

    Una de las tecnologías que más ha impulsado este desarrollo es EtherNet/IP, un protocolo de comunicación industrial desarrollado y promovido por Allen-Bradley (Rockwell Automation). Este estándar se ha convertido en una de las soluciones más utilizadas en fábricas, plantas y sistemas de control alrededor del mundo, gracias a que combina la robustez de los protocolos industriales con la flexibilidad del conocido Ethernet.

¿Qué es Ethernet/IP?

    Ethernet/IP (Ethernet Industrial Protocol) es un protocolo de red industrial que se utiliza para la comunicación entre dispositivos de automatización, tales como PLC, variadores de velocidad, pantallas HMI, sensores inteligentes, robots y sistemas SCADA.

    El nombre puede llevar a confusión, ya que muchas personas piensan que se trata simplemente de "Ethernet normal" aplicado en la industria. En realidad, Ethernet/IP aprovecha la infraestructura física de Ethernet tradicional, pero sobre ella implementa CIP (Common Industrial Protocol), un conjunto de reglas y estructuras de datos específicas para aplicaciones industriales.

    Esto significa que, aunque se basa en la misma base tecnológica que usamos en las computadoras de oficina para navegar en internet, Ethernet/IP está diseñado para aplicaciones donde la velocidad, la sincronización y la confiabilidad son críticas.

Origen de Ethernet/IP

    El desarrollo de Ethernet/IP tiene su origen en la búsqueda de un protocolo estandarizado que pudiera aplicarse en entornos industriales sin reinventar completamente la rueda.

• En los años 80 y 90, existía una gran fragmentación de protocolos industriales (Profibus, Modbus, DeviceNet, ControlNet, entre otros). Cada fabricante impulsaba su propio estándar, lo cual hacía difícil integrar dispositivos de distintas marcas.

• Rockwell Automation, empresa matriz de Allen-Bradley, decidió apostar por una solución que aprovechara el enorme crecimiento de Ethernet, la tecnología dominante en redes de oficina y corporativas.

• En el año 2000, junto con la organización ODVA (Open DeviceNet Vendors Association), se lanzó oficialmente EtherNet/IP, integrando el protocolo industrial CIP sobre Ethernet estándar.

    Desde entonces, este protocolo ha crecido hasta convertirse en uno de los más extendidos, siendo adoptado no sólo por Rockwell, sino también por múltiples fabricantes que siguen las especificaciones de la ODVA.

Semejanzas con el Ethernet normal

    Para entender qué es Ethernet/IP, conviene compararlo con el Ethernet que todos usamos a diario en computadoras, impresoras y redes de oficina.

1. Misma infraestructura física

   • Usa los mismos cables UTP de par trenzado (categoría 5e, 6 o superior).

   • Emplea switches, routers y tarjetas de red estándar.

   • Opera sobre los mismos niveles del modelo OSI: capas física y de enlace de datos.

2. Protocolos básicos compartidos

   • Funciona sobre TCP/IP y UDP/IP, tal como el internet convencional.

   • Aprovecha direcciones IP estándar (IPv4) para identificar dispositivos en la red.

3. Compatibilidad con hardware común

   • Es posible conectar un PLC Allen-Bradley y una computadora en la misma red, siempre que se manejen correctamente las configuraciones de seguridad y segmentación.

    En resumen, desde el punto de vista físico y básico, no hay diferencia entre Ethernet/IP y una red de oficina. Lo que cambia es la capa de aplicación, ya que Ethernet/IP incorpora CIP, con funciones diseñadas para control de tiempo real.

Características de Ethernet/IP

     Ethernet/IP tiene una serie de características que lo hacen diferente de otros protocolos de comunicación industrial.

Basado en CIP (Common Industrial Protocol)

    El CIP es un estándar que define cómo se estructuran los mensajes, objetos y servicios en los dispositivos industriales. Gracias a esto:

• Todos los dispositivos comparten un lenguaje común.

• Se pueden intercambiar datos de manera transparente.

• Se soportan tanto aplicaciones de control de tiempo real como de supervisión.

Comunicación cíclica y acíclica

• Cíclica (I/O Messaging): Para el intercambio rápido y constante de datos entre dispositivos, como la señal de un sensor y la respuesta de un actuador.

• Acíclica (Explicit Messaging): Para configuración, diagnóstico y parámetros menos urgentes.

Escalabilidad

    Ethernet/IP puede funcionar en redes pequeñas con unos pocos dispositivos, hasta grandes plantas industriales con cientos de nodos distribuidos.

Velocidades de transmisión

    Opera con las velocidades de Ethernet estándar: 10 Mbps, 100 Mbps y 1 Gbps, lo cual permite un gran ancho de banda en comparación con protocolos más antiguos como DeviceNet.

Integración con IT (Tecnologías de la Información)

    Al estar basado en Ethernet e IP, Ethernet/IP se integra fácilmente con redes corporativas, sistemas de gestión y servicios en la nube.

Ventajas de Ethernet/IP

    Ethernet/IP ofrece múltiples beneficios tanto para los fabricantes de dispositivos como para los usuarios finales.

1. Estándar abierto

    No es propietario de una sola empresa. Aunque Rockwell lo impulsó, hoy está gestionado por ODVA, lo cual garantiza compatibilidad entre múltiples marcas.

2. Flexibilidad en la infraestructura

    Se puede usar el mismo cableado y switches para sistemas de oficina y sistemas industriales, reduciendo costos.

3. Alto rendimiento

    Permite intercambiar información en tiempo real con tiempos de respuesta del orden de los milisegundos.

4. Fácil integración

    Al estar basado en IP, los ingenieros familiarizados con redes de computadoras encuentran más sencillo configurarlo.

5. Escalabilidad

    Funciona desde un taller pequeño hasta una planta multinacional con miles de nodos interconectados.

6. Diagnóstico avanzado

    Soporta monitoreo y configuración remota, permitiendo detectar fallas rápidamente.

Desventajas de Ethernet/IP

    A pesar de sus grandes ventajas, también presenta limitaciones que deben considerarse:

1. Sensibilidad al ruido

    Al usar cableado de par trenzado, puede ser vulnerable en ambientes con alta interferencia electromagnética, como plantas con motores de gran potencia.

2. Necesidad de switches industriales

    Aunque en teoría funciona con switches de oficina, en la práctica se recomiendan equipos de grado industrial, más costosos.

3. Configuración compleja en grandes redes

    En sistemas muy extensos, la gestión de direcciones IP, seguridad y segmentación puede volverse complicada.

4. Dependencia de infraestructura Ethernet

    Si el cableado, switch o router falla, puede afectar a múltiples dispositivos a la vez.

5. Costo inicial

    Aunque el uso de hardware estándar reduce costos, los dispositivos industriales compatibles con Ethernet/IP suelen ser más caros que los basados en protocolos más simples.

Usos de Ethernet/IP en la industria

     Ethernet/IP se aplica en una gran variedad de sectores industriales:

1. Manufactura automotriz

• Comunicación entre robots, sensores y controladores en líneas de ensamblaje.

• Coordinación en tiempo real de estaciones automatizadas.

2. Industria de alimentos y bebidas

• Control de procesos continuos de mezcla, envasado y etiquetado.

• Supervisión de temperatura, presión y flujos en tiempo real.

3. Plantas químicas y farmacéuticas

• Regulación precisa de procesos mediante intercambio rápido de datos.

• Supervisión de condiciones críticas de seguridad.

4. Energía y servicios públicos

• Gestión de turbinas, generadores y subestaciones eléctricas.

• Integración con sistemas SCADA para monitoreo remoto.

5. Logística y transporte

• Automatización en almacenes inteligentes.

• Comunicación entre cintas transportadoras, lectores de códigos y PLC.

Ejemplo práctico

    Imaginemos una planta embotelladora:

• Los sensores detectan la presencia de botellas en una banda transportadora.

• Un variador de velocidad controla el motor de la banda.

• Un sistema de visión artificial revisa las etiquetas.

• Todo está conectado mediante Ethernet/IP a un PLC Allen-Bradley CompactLogix.

• Desde la oficina central, los ingenieros monitorean en tiempo real la producción y pueden detectar un fallo sin necesidad de estar en planta.

    Esto ejemplifica cómo Ethernet/IP unifica el control de campo con la supervisión a nivel empresarial.

Para finalizar...

    Ethernet/IP en Allen-Bradley representa la convergencia entre el mundo de la automatización industrial y las redes informáticas modernas. Gracias a su origen en Ethernet estándar, su escalabilidad y su integración con CIP, ha logrado imponerse como uno de los protocolos industriales más usados a nivel global.

    Si bien presenta desafíos como el ruido eléctrico, la necesidad de infraestructura robusta y la gestión de grandes redes, sus ventajas en velocidad, estandarización y compatibilidad lo convierten en una solución clave para las fábricas inteligentes del presente y del futuro.

    En pocas palabras, Ethernet/IP es el puente que permite que una planta industrial se comunique con la misma facilidad que una red de computadoras, pero con la precisión, robustez y confiabilidad que la industria moderna exige.