¿Cuál será el siguiente paso para Ethernet?
Ethernet: Tendencias de futuro
El rápido crecimiento en la comunicación de datos con la Industria 4.0 provoca que las empresas opten cada vez más por soluciones de conexión Ethernet que, sin embargo, deben cumplir diferentes requisitos respecto a las instalaciones de oficina.
El rápido crecimiento en la comunicación de datos con la Industria 4.0 provoca que las empresas opten cada vez más por soluciones de conexión Ethernet que, sin embargo, deben cumplir diferentes requisitos respecto a las instalaciones de oficina.
La velocidad no es el factor más importante: la demanda de soluciones simples y rentables también está aumentando, al igual que la demanda de conexiones híbridas. Sin embargo, los estándares inalámbricos siguen siendo un nicho en las fábricas, dice Guido Ege, director de Gestión y Desarrollo de Productos de Lapp.el Centro de Investigación Palo Alto de Xerox es considerado el lugar de nacimiento de muchas tecnologías informáticas innovadoras. En el Xerox PARC, los investigadores desarrollaron la primera interfaz gráfica de usuario impulsada por un ratón y la impresora láser. Robert Metcalfe fue uno de los pioneros, como estudiante de investigación doctoral en el PARC, se le pidió que conectara los ordenadores de la compañía. A partir de 1973, este ingeniero eléctrico trabajó en el desarrollo de una tecnología de red que enviaba datos a través del “éter” (ether), lo que no es del todo cierto, ya que se trataba de una tecnología de conexión por cable, aunque derivada de la tecnología de la radio. Sin embargo, el nombre Ethernet prevaleció y se convirtió en una de las mejores historias de éxito en la historia de la informática.
Desde la década de 1990, Ethernet ha sido el líder indiscutible en redes locales (LAN). Mientras que los datos de Robert Metcalfe se comunicaban a una velocidad de 3 Mbit/s, hoy en día han aumentado hasta los 10 Gbit/s. Con los nuevos
estándares incluso pueden llegar a 400 Gbit/s bajo ciertas condiciones. El Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) vigila el cumplimiento de las normativas Ethernet. Esto es altamente efectivo para aplicaciones en un entorno de oficina, por ejemplo, para conectar varios PC entre sí. Cuando se conecta un cable LAN a un ordenador, generalmente se puede estar seguro de que se comunicarán perfectamente con otro ordenador o con un switch.
El crecimiento del estándar Ethernet
En la industria esto es totalmente diferente. En la actualidad hay más de 20 sistemas Ethernet industriales y todos difieren en términos de detalles técnicos, lo que los hace incompatibles entre sí. Además, hay más de 50 sistemas Fieldbus, como Profibus o CAN Bus, que son creados y promovidos por los fabricantes de tecnologías de automatización. Estos también tienden a ser incompatibles entre sí. Los sistemas de bus de campo son ampliamente utilizados en las fábricas, ya que se consideran más robustos. Transmiten paquetes de datos más pequeños que Ethernet, pero son capaces de funcionar en tiempo real, es decir, con una latencia mucho más baja. Esto es importante para los procesos de maquinaria críticos, por ejemplo, cuando una unidad necesita reaccionar a una señal de un sensor en microsegundos. No es solo eso; los operadores de las máquinas quieren asegurarse de que una máquina se detenga inmediatamente si presionan el botón rojo de parada de emergencia. Hasta ahora, esto solo ha sido posible de forma limitada con Ethernet, aunque el IEEE ha hecho intentos de estandarización para implementar el estándar de capacidad en tiempo real del sistema Ethernet.
Los datos en el mercado dan razones para creer que el futuro pertenecerá a Ethernet en las fábricas e industrias. Ethernet industrial actualmente está creciendo a un 22% anual en comparación con solo el 6% de los sistemas de buses de comunicación. En 2018, el número de instalaciones Ethernet en las industrias superará por primera vez a la de los buses de comunicación. La razón es el aumento de las redes y la digitalización en la Industria 4.0, lo que resulta en una revolución de la pirámide de automatización. Esto se refiere a los niveles de comunicación de una industria, con el nivel de bus de campo como el más bajo de la pirámide. Por encima del nivel de campo, está el nivel de control, el nivel de control del proceso, el nivel de control de operaciones y, en la parte superior, el nivel de la compañía con sus sistemas ERP,
como por ejemplo, SAP. Hasta ahora, estos niveles tenían diferentes funciones y, por lo tanto, diferentes programas para realizar sus funciones, los datos de los sensores tenían que subir a un nivel siguiente y viceversa, los datos de planificación también se filtraban hacia abajo. Eso hace que el control de la fábrica sea complicado y no sea muy rápido. Parece que el mundo de la automatización tradicional no está hecho para una producción flexible.
Jerarquías planas en comunicación industrial
Con la revolución en la pirámide de automatización, los niveles desaparecerán y la comunicación se produce en jerarquías planas. Todos se comunican entre sí: los sistemas ERP pueden, por ejemplo, acceder a los sensores de una máquina directamente y establecer si puede ocurrir un mal funcionamiento que podría afectar a la entrega del final del producto. Sin embargo, esto solo es posible si la tecnología de conexión también puede pensar rápido. Por lo tanto, no es de extrañar que el sistema Ethernet establecido en el entorno de oficinas también encuentre su camino en la producción y la logística, con componentes más robustos y resistentes a entornos hostiles.
Lapp tiene todos estos productos en su portfolio. Tradicionalmente, los elementos para sistemas de bus de campo han dominado el mercado, pero ahora los clientes pueden encontrar todo lo que necesitan para trabajar en red con Ethernet Industrial, desde cables hasta conectores, incluyendo cables listos para su instalación de la gama Ólflex® Connect. Destacamos, por ejemplo, el Etherline® PN Cat.6a FC con 10 Gbit/s a 500 MHZ de ancho de banda. Tiene capacidad de conexión rápida gracias a la ausencia de pantallas en los pares, una funda interna y una cruz central, lo que permite un montaje rápido y seguro. Además, el cable también está certificado para el mercado norteamericano. Otro producto es el módulo de datos Epic® MH Gigabit, un conector rectangular con un diseño modular, que permite la transmisión de datos y energía. O los Swtiches industriales Etherline® Access para la distribución de datos en un uso industrial severo. “Nuestros productos son aptos para el fabricante y siempre se adaptan a la aplicación. Eso significa que pueden usarse para todos los sistemas de comunicación”, subraya Guido Ege, director de gestión y desarrollo de productos de Lapp.
Muchos cables, un único exterior
Lapp ha estado estudiando el mercado de Ethernet industrial durante muchos años y ha identificado dos tendencias que serán cada vez más importantes en el futuro. Una tendencia son los cables híbridos, las llamadas soluciones en un solo cable. Estos son cables que combinan diferentes funciones bajo una única cubierta y normalmente son cables para servos con retroalimentación integrada para monitorear sensores. Lapp proporciona cables híbridos sistemas Hiperface DSL® Motor-feedback-system de Sick o para el Acuro®link de Hengstler.
La segunda tendencia es la reducción de tamaño. Mientras que el cable Ethernet requiere de dos o cuatro pares de conductores, el Ethernet de un único par puede transmitir hasta velocidades de 1 Gbit/s. El usuario se beneficia del cable reducido que facilita la instalación y tiene ventajas de espacio y costes. El desarrollo de la tecnología y hardware necesario ha progresado en la industria del automóvil y se puede adaptar. Los costes, la robustez y las longitudes más largas son posibles gracias a tasas de datos más bajas con el Ethernet de un solo par el cual ganará importancia en la industria. Los usuarios se darán cuenta de que no todos los sensores deben conectarse a un cable con capacidad de 10 Gbit/s. Aunque un cable Ethernet de par único solo alcanza 1 Gbit/s, esto es suficiente para muchas aplicaciones a nivel de campo. La gran mayoría de los sensores entregan pequeñas cantidades de información y algunos de ellos solo informan de una señal de encendido / apagado de vez en cuando.
Hacer recortes en los cables
Según la consultora Roland Berger, la demanda de sensores aumentará en un 17% al año en 2020, mientras que los precios disminuirán en un 8%. Esto impulsará la demanda de soluciones de conexión económicas. Sin embargo, los cables Ethernet de un único par aún no están disponibles, al menos para su uso en la industria. La industria del automóvil ya utiliza cables similares en los vehículos, pero todavía no existen estándares para aplicaciones industriales. Los grupos de trabajo recientemente establecidos están ahora mismo trabajando en esto. “Los primeros productos en serie para Ethernet de un único par estarán disponibles a medio plazo y por supuesto desde Lapp”, promete Guido Ege.
En términos de crecimiento, Ethernet solo ocupa el segundo lugar en soluciones de conexión para la industria. Con una tasa de crecimiento del 32%, las tecnologías inalámbricas ocupan el primer lugar, a pesar de que su cuota de mercado es baja en un 6%. WLAN, Bluetooth o la comunicación móvil tienen ventajas cuando se trata de flexibilidad y movilidad, como por ejemplo para sensores de conexión en plantas grandes, en la industria química o en aplicaciones móviles. En términos de alcance para una conexión robusta de datos, de eficiencia energética y en particular de buena latencia, las tecnologías inalámbricas no pueden competir con las tecnologías de conexión por cable. Los cables también son menos susceptibles a las perturbaciones o ataques hackers. Eso tampoco cambiará con los nuevos estándares como el 5G. Guido Ege indica: “La tecnología inalámbrica tiene su justificación, pero no supone una amenaza para los sistemas de conexión por cable, sino que es un complemento para requisitos especiales”.
Bernd Müller (Lapp)