Ethernet se
ha convertido en la infraestructura de comunicaciones industriales preferida
para la automatización y control de misiones críticas. El desafío es diseñar
sistemas hechos para resistir condiciones ambientales peligrosas y a menudo
extremas.
Construido bajo la misma plataforma de red basada en Ethernet empresarial (Ethernet LAN standard IEEE 802.3), Ethernet industrial proporciona interoperabilidad sin costura cuando conecta la planta a la oficina de administración central y a internet.
En muchos
sectores industriales las comunicaciones se enfrentan a condiciones ambientales
extremas y deben resistir los efectos destructivos de las temperaturas
extremas, humedad, polvo, lodos, aceites, disolventes y agentes químicos
corrosivos. La electrónica sensible debe exponerse a la luz del sol,
interferencia electromagnética y también al riesgo de explosión.
En este
artículo vamos a hablar de algunas consideraciones prácticas a tener en cuenta
en las etapas de planificación, construcción e instalación de redes de
comunicaciones para condiciones ambientales rigurosas.
Cálculo del coste real de las paradas
Los
analistas informan que un gran porcentaje de las paradas no planificadas en
operaciones industriales pueden ser atribuidas a fallos en infrastructuras de
red. En realidad, tanto como el 72 % de los fallos de red se deben a fallo en
las open systems interconnection (OSI) 1 (physical media), layer 2 (data link)
y/o Layer 3 (network).
En las
operaciones de misiones críticas, el tiempo de parada no es una opción. Si
falla un sistema de conmutador, conector o cableado, la sustitución de piezas y
los costes de reparación representan solamente una fracción minúscula de los
costes totales asociados a la parada. Los costes indirectos del fallo de un
sistema Ethernet incluyen pérdidas de productividad, retrasos en los procesos,
costes en la parada y arranque, problemas de seguridad, y pérdidas de
fiabilidad de cara al cliente. En una planta industrial estos costes pueden
elevarse a cientos de miles o incluso a millones de dólares.
Especificación de componentes de grado industrial
La
infraestructura de Ethernet típicamente se instala en lugares silenciosos y
limpios, en los que los cables, hardware y componentes de conectividad están
completamente protegidos. Pero en los ambientes industriales la realidad es muy
diferente y los tradicionales commercial off-the-shelf (COTS) Ethernet systems
no pueden resistir. La luz del sol, humedad, suciedad y otros contaminantes
pueden degradar la integridad física de los cables y el rendimiento eléctrico,
lo cual acaba provocando incluso una parada total. Solamente los componentes de
grado industrial ofrecen la durabilidad requerida para proporcionar un
rendimiento óptimo y una larga vida en servicio.
Componentes de conectividad y cables adaptados a
cada aplicación
Los cables
de grado industrial que conforman Ethernet LAN. IEEE 802.3 standard están
hechos para resistir los efectos de la luz del sol, temperaturas volátiles,
humedad y agentes químicos. Operan de forma efectiva en un rango de
temperaturas más amplio ( - 40 ºC a + 85 ºC) que los cables comerciales (0ºC a
+60ºC).
Dependiendo
de la aplicación dentro de la planta, algunos productos de Ethernet incluyen:
· Cables de fibra óptica calificados para
interior/exterior, todo dieléctrico, trabajos pesados en construcciones. Muchos
agentes con características de bloqueo de agua añaden protección en ambientes
cargados de humedad.
· Cables de grado industrial cat 5e y cat 6 con
revestimiento resistente UV y aceites. Algunas categorías de cables incluyen
aislamiento de parejas de conductores a lo largo de ejes longitudinales para
asegurar la concentricidad del conductor consistente para prevenir huecos que
hagan disminuir el rendimiento entre las parejas de conductores durante
instalación y uso.
· Cables armados y enchaquetados que añaden una
protección extra en ambientes extremos.
· Cables flexibles continuos diseñados para ser
usados con máquinas de control del movimiento y sistemas de automatización.
· Low-smoke zero-halogen (LSZH) cables tanto a
prueba de agua como para ser enterrados.
· Cables diseñados para ser usados en redes de
automatización industrial principales y protocolos de comunicaciones, tales
como Ethernet Net/IP (ODVA), Modbus TCP/IP, ProfiNET y Fieldbus HSE.
· Componentes de conectividad de grado industrial,
tales como: IP67 – o IP20 –rated UTP o FTP patch cords, conectors, modular
jacks y plug kids, adaptadores, placas frontales y cajas montadas sobre
superficie.
Dispositivos y accesorios para redes activas para
ambientes agresivos
Un amplio
rango de hardware está disponible para gestionar las redes Ethernet
industriales a niveles de información, control y dispositivos. Hay productos
para soportar medios de cobre y fibra óptica, así como conmutadores capaces de
trabajar con datos a velocidades tan altas como 10 gigabits por segundos. Todos
estos componentes – conmutadores, conectores y otro hardware – ofrecen construcción
robusta y resistencia a altas temperaturas, vibraciones y EMI (interferencia
electromagnética).
El hardware
COTS típico está diseñado para opera entre 0ºC y +40ºC, mientras que el
Ethernet de grado industrial opera eficientemente entre 0ºC y +60ºC –
extensible a –40ºC y +85 ºC (también está disponible un revestimiento para
aplicaciones en lugares húmedos. También, los agentes químicos y corrosivos
pueden infringir serios daños a la electrónica de los conmutadores, pero los
equipos industriales están convenientemente sellados para prevenir la entrada
de tales sustancias.
Los
componentes de hardware de grado industrial incluyen:
· Conmutadores endurecidos con una gran variedad
de configuraciones de puertos de cobre/fibra, densidades de puerto, aprobación
industrial y opciones de montaje.
· Firewalls para asegurar y aislar la red a la vez
que permiten el paso de las comunicaciones de datos autorizados. Firewalls con
capacidades VPN permiten asegurar y encriptar las comunicaciones desde
comunicaciones remotas a través de internet.
· Puntos de acceso inalámbricos, clientes y
bridgers en montaje de ralies DIN o carcasas IP67 que ahora soportan el más
rápido, seguro e inmune al ruido standard 802.11n.
· Accesorios relacionados, tales como fuentes de
alimentación endurecidas, transductores de fibra SFP; y software que
proporciona status de red, alerta y control del software de redes de automatización
o PLC.
Bibliografía: Building and installing a reliable
industrial Ethernet infraestructure. Hidrocarbon Processing October 2010
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