Todo lo que necesita saber sobre EtherNet/IP y el IIoT

Es posible que hoy en día vea menos equipos conectados por Ethernet debido al auge de las redes inalámbricas. Aun así, Ethernet sigue siendo fundamental en nuestra vida cotidiana, ya sea como conexión principal a Internet o para equipos como los televisores inteligentes. En entornos industriales, Ethernet representa una evolución significativa. EtherNet/IP incluye la conocida "IP", similar a la que se utiliza para conectarse a Internet. En este contexto, sin embargo, significa Protocolo Industrial, una inteligente adaptación para aplicaciones industriales.

Los instrumentos de campo pueden conectarse a través de Ethernet mediante cables y conectores similares a los domésticos. Por supuesto, las aplicaciones industriales requieren versiones más robustas para soportar condiciones exigentes, pero el principio en el que se basan sigue siendo el mismo. En resumen, ya tiene una base sólida sobre cómo funcionan estos “nuevos” dispositivos de Ethernet industrial. Ahora que entendemos lo familiar que resulta esta tecnología, avancemos hacia los aspectos que realmente la diferencian.

En los años 90, un pequeño equipo de ControlNet International Ltd. empezó a desarrollar lo que acabaría convirtiéndose en EtherNet/IP. En el año 2000 se dieron cuenta de que necesitaban más recursos para poder impulsar el proyecto. En aquel momento, el crowdfunding no era una opción, así que recurrieron a las vías tradicionales.

Se asociaron con la Open DeviceNet Vendors Association (ODVA), una organización de fabricantes de automatización creada en 1995. ODVA acordó colaborar en el desarrollo de EtherNet/IP. En 2009, los desarrolladores originales cedieron la responsabilidad completa del protocolo a la ODVA y a sus miembros. Actualmente, la ODVA se encarga de mantener y promover el Protocolo Industrial Común (CIP™), así como las tecnologías asociadas, entre ellas ControlNet®, CompoNet® y DeviceNet®.

Más allá del desarrollo de protocolos, ODVA garantiza la interoperabilidad entre proveedores y sistemas, un reto complejo en la automatización industrial. Esta organización aboga por el uso de componentes comerciales listos para usar (COTS) y tecnologías de Internet y Ethernet sin modificar para simplificar la integración y la adopción.

EtherNet/IP es una red Ethernet abierta y flexible, basada en el protocolo CIP. Funciona sobre el modelo Open Systems Interconnection (OSI) y utiliza los estándares TCP y UDP, lo que la convierte en una norma IEC ampliamente adoptada en la industria. Permite conectar sensores de campo, controladores y sistemas de control en la misma red.

Su uso está muy extendido, por lo que es habitual encontrarlo tanto en sistemas de control de potencia (motores, variadores, arrancadores suaves, etc.) como en controles discretos, incluidos módulos de seguridad, robots y otros dispositivos. Las posibilidades son amplias, ya que la red también puede integrar cámaras IP, conexiones WiFi y teléfonos IP. Todas estas características muestran que EtherNet/IP está plenamente preparado para afrontar el crecimiento del IIoT.

En lugar de describir toda la norma, enumeraremos los puntos principales que debe conocer:

• IEEE 802.3: Estándar, Ethernet, Protocolo de tiempo de precisión (IEEE-1588)
• IEC: Comisión Electrotécnica Internacional - IEC 61158
• ODVA: Protocolo Industrial Común (CIP)
• IETF: Internet Engineering Task Force, Protocolo estándar de Internet (IP)

Además, EtherNet/IP incorpora el protocolo CIP en la capa de sesión y, al mismo tiempo, mantiene la estructura de protocolos definida por el modelo OSI. Eche un vistazo al gráfico:

Por último, dispone de múltiples opciones para comunicarte dentro de la red. La capa física permite la conexión inalámbrica, los cables de cobre, la fibra, etc. A continuación, la capa de enlace de datos permite distintos estándares, en función de la capa física: por ejemplo, IEEE 802.3 (fibra), IEEE 802.3 o 802.1 (cobre) e IEEE 802.11 (WiFi).

Incluso la nueva capa física avanzada (Ethernet-APL) solo tiene 2 hilos para la alimentación y comunicación, ¡incluso en áreas de peligro!

La tecnología Ethernet experimentó una auténtica evolución: de 10 Mbps, topología de bus/árbol y comunicación semidúplex a 100 Mbps y 1 Gbps, dúplex completo y topología en estrella basada en conmutadores/routers. Esta evolución dio a las redes Ethernet la capacidad de soportar sistemas industriales críticos.

EtherNet/IP es una infraestructura activa, con segmentos de red que utilizan conexiones punto a punto en una topología en estrella. El núcleo de esta topología es la interconexión de conmutadores de capa 2 y 3. Estos conmutadores admiten un gran número de nodos punto a punto.

La red EtherNet/IP también admite topologías lineales y topologías en anillo simple con tolerancia a fallos. Para ello, utiliza conmutadores integrados y la tecnología Device Level Ring (DLR). Estas topologías alternativas pueden combinarse para optimizar el tendido del cableado y la distribución de las comunicaciones.

Aunque podríamos entrar a fondo en los aspectos técnicos de EtherNet/IP, seremos breves y directos, y resumiremos los puntos clave en tres preguntas. Estas respuestas le ofrecerán una base sólida para comprender mejor cómo funciona la red.

EtherNet/IP se basa en el estándar IP TCP/UDP, pero ¿qué significa? TCP (Protocolo de Control de Transmisión) ofrece una transferencia de datos fiable, aunque más lenta, utilizando paquetes o tramas en modo unidifusión. Por ejemplo, el correo electrónico y la navegación web utilizan conexiones TCP, lo que resulta adecuado para transmitir datos de diagnóstico. En cambio, el UDP es más apropiado para el envío de datos de E/S en aplicaciones de automatización o control.

Cuando pasamos al UDP (Protocolo de Datagrama de Usuario), obtenemos una comunicación mucho más rápida, aunque sin garantías de que los datos enviados lleguen correctamente al receptor.  En este caso, se utilizan paquetes o tramas en modo unidifusión, multidifusión y difusión, como los que se emplean para transmitir música o vídeo.

Sí, EtherNet/IP se desarrolló para permitir la coexistencia con otras aplicaciones TCP/IP. A continuación se muestran algunos ejemplos de aplicaciones TCP/IP que se encuentran con frecuencia en el mercado:

• HTTP: protocolo de transferencia de hipertexto
• SNMP - protocolo simple de gestión de red
• Modbus/TCP
• OPC UA

La red está formada por elementos esenciales que permiten la comunicación entre los dispositivos y el sistema de control. EtherNet/IP organiza estos elementos en tres clases, que definen los distintos tipos de componentes y la forma en que se utilizan dentro de la red.

• Escáner: esta clase se encarga de mapear las variables de entrada y salida de la red en ciclos, definidos por el tiempo de actualización configurado. Ejemplos: PLC y controladores
• Mensajería: esta clase gestiona la mensajería explícita, utilizada para intercambiar información no asociada a datos de E/S en tiempo real. Ejemplos: diagnósticos, herramientas de configuración de red, SCADA y sistemas HMI
• Adaptador: esta clase proporciona las funciones específicas de cada dispositivo que incorpora el protocolo EtherNet/IP. Ejemplos habituales incluyen sensores, válvulas y pasarelas.

EtherNet/IP es una tecnología de comunicación digital que amplía las posibilidades de integración y el aprovechamiento de los datos en los sistemas industriales. Siguiendo el concepto NAMUR NOA, puede extraer información de su red directamente, utilizando un dispositivo edge, y enviarla a varios tipos de servicios en la nube. Por ejemplo, el ecosistema Netilion IIoT de Endress+Hauser ya admite dispositivos EtherNet/IP de varias maneras. Puede integrarlos en los servicios Analytics, Library, Health y Value, mientras que los dispositivos de terceros pueden utilizarse en Analytics y Library. Estos servicios mejoran sus datos, proporcionándole la información adecuada en cualquier lugar donde se encuentre. Cada servicio aporta ventajas significativas para las tareas cotidianas y mejora la eficiencia en el uso de los datos.

Los servicios IIoT son una forma sencilla de acceder a información relevante de su instrumentación de campo. Le ofrecen una forma cómoda y segura de integrarse con la nube, dar un paso adelante en su sector, avanzar hacia nuevos niveles de mantenimiento, mejorar la producción y mucho más.