31 mayo 2011

Consideraciones prácticas de diseño de una infraestructura Ethernet industrial fiable en ambientes críticos


La infraestructura de datos preferida en las comunicaciones industriales es actualmente Ethernet y en ocasiones es necesario considerar su capacidad para trabajar en condiciones de trabajo peligrosas y extremas.

Ethernet industrial está construido bajo la misma plataforma de Ethernet comercial (Ethernet LAN standard IEEE 802.3), y proporciona un medio seguro de conectar la planta a una oficina de administración central y a internet. Como resultado de ello, sectores industriales críticos como el sector de los hidrocarburos está utilizando Ethernet.

Las señales de transmisión deben ser lo suficientemente resistentes como para poder trabajar con condiciones extremas de temperatura, humedad, polvo, barro, disolventes o líquidos corrosivos. La electrónica sensible de una red estará expuesta a la luz del sol, interferencias electromagnéticas y al peligro de incendio o explosión.
En este artículo vamos a exponer las consideraciones prácticas que deben tenerse en cuenta en el diseño de redes Ethernet industriales en aplicaciones críticas.
A)     Calcular el coste de las  paradas no programadas
Muchos análisis han demostrado que un porcentaje tan alto como del 72 % de paradas no programadas en operaciones industriales pueden atribuirse al fallo de la infraestructura de red.
Si en procesos industriales críticos falla un conmutador, conector o sistema de cableado, la sustitución de las piezas y los costes de reparación son tan solo una minúscula fracción de los costes totales asociados a la parada. Los costes de fallo del sistema de Ethernet incluyen pérdida de productividad, demora en los procesos, parada del sistema y costes de arranque. En ocasiones pueden producirse pérdidas como consecuencia de fallos de seguridad. Estos costes indirectos pueden llegar a alcanzar cientos o incluso millones de dólares.
B)      Especificaciones de los componentes de la red de grado industrial
En una oficina la infraestructura de Ethernet se instala en un ambiente limpio y silencioso en el que los cables, hardware y los componentes de conectividad están protegidos y raramente sufren daños. Las instalaciones industriales presentan una realidad diferente y muchos componentes residen en ambientes bien agresivos. Los cables pueden estar húmedos o incluso inundados y componentes químicos pueden entrar en contacto con ellos. Debe evaluarse cuando procede la utilización de cables de grado industrial.
C)      Elegir cables adaptados a norma y componentes de conectividad para adaptarse a cada aplicación.
Los cables de grado industrial que son conformes a Ethernet LAN IEEE 802.3 Standard están fabricados para resistir la luz del sol, temperaturas volátiles, humedad y agentes químicos. Pueden operar de forma efectiva en un rango amplio de temperaturas ( - 40 ºC a +85 ºC) bastante superior al rango comercial (0ºC a +60ºC).
Dependiendo de la aplicación en la que utilicemos los cables deberemos tener en cuenta las siguientes especificaciones:

·      Cable de fibra óptica clasificado para interior/exterior, dieléctrico para construcciones multi-modo y mono-modo.

·      Cable de grado industrial cat 5e y cat 6 con envoltura resistente a rayos ultravioleta y aceite.

·      Cable revestido y armado con protección extra para ambientes extremos.

·      Cables flexibles diseñados para ser usados en máquinas en movimiento y sistemas de automatización.

·      Cables sin halógenos de baja propagación de humo (LSZH).

·      Cables diseñados para redes principales de automatización industrial y protocolos de comunicaciones, tales como Ethernet/IP (ODVA), Modbus TCP/IP, Profinet y Fieldbus HSE.

·      Componentes de conectividad de grado industrial, tales como: IP-67 o IP-20-rated UTP or FTP patch cords, conectores, adaptadores, etce.

·      Cordsets y patch cords de grado industrial cat 5e RJ45 y micro (M12)  

D)     Selección de conmutadores, dispositivos de red activos y accesorios para ambientes agresivos

Está disponible un amplio rango de hardware para las redes Ethernet industrial en los niveles de información, control y dispositivos. Hay productos que se soportan tanto en cobre como en fibra óptica, además de switches capaces de velocidades tan altas como 10 gigabits. Todos estos componentes – switches, conectores y otro hardware- ofrecen construcción robusta y resistencia a las altas temperaturas, vibraciones y EMI.
Hardware típico COTS está diseñado para operar desde 0ºC a +40 ºC, mientras que el hardware industrial opera eficientemente entre 0 ºC y 60 ºC, y extendible a -40 ºC  + 85 ºC.

Bibliografía: Building and installing a reliable industrial Ethernet infraestructure. Hidrocarbon Processing October 2010
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