Ethernet-APL: 8 respuestas a las preguntas más frecuentes en la industria de procesos

Ethernet-APL permite una comunicación continua y una transmisión rápida de datos desde el nivel de campo hasta el sistema de control de procesos y la nube. Ethernet Advanced Physical Layer cumple todos los requisitos de la industria de procesos: cable de dos hilos, largas distancias de cableado, interoperabilidad de sistemas y tecnologías, y uso en áreas peligrosas hasta Zona 0 / Clase I, Div. 1.

Sin embargo, como ocurre con todas las tecnologías modernas, también surgen preguntas. En este artículo respondemos ocho preguntas frecuentes sobre el rendimiento de las plantas con comunicación digital y qué deben tener en cuenta los usuarios al construir una red Ethernet-APL.

1. ¿Por qué Ethernet-APL se considera tan confiable?

En primer lugar, Ethernet-APL especifica una conexión punto a punto entre switches y dispositivos. Esto significa que una red Ethernet-APL es, por definición, altamente insensible a la diafonía (crosstalk). Cualquier operación sobre la conexión del dispositivo puede realizarse mientras el sistema está en funcionamiento, ya que los procesos de conexión y desconexión no afectan la operación de la planta. Esto reduce posibles fuentes de error y efectos no deseados sobre el rendimiento de la instalación.

El dispositivo puede identificarse de forma única en el puerto de instrumento del switch de campo. Los protocolos y perfiles de nivel superior utilizan esta información para reconocer e identificar el dispositivo. Los usuarios pueden basar ahora sus procedimientos operativos estándar en flujos de trabajo automatizados para la puesta en marcha y el reemplazo de dispositivos. El sistema host detecta que el instalador desconecta un dispositivo y vuelve a conectar uno de tipo o marca similar. Los sistemas pueden guiar al instalador y al personal de operación a través de las pruebas reales del lazo.

La redundancia en anillo es un concepto de Ethernet que puede implementarse entre el switch de campo y la sala de control. La redundancia en anillo ha sido adoptada como estándar por PROFINET. Existen conceptos similares para la mayoría de los protocolos industriales, como EtherNet/IP™, donde se denomina “anillo a nivel de dispositivo” (device-level ring).
Las comunicaciones basadas en Ethernet permiten implementar fácilmente controladores redundantes. La redundancia de controladores puede desarrollarse independientemente de la arquitectura de red, ya que Ethernet permite ejecutar múltiples relaciones de comunicación en paralelo sobre la misma infraestructura.

La mayoría de estos puntos tienen poco que ver directamente con Ethernet-APL. Ethernet-APL proporciona la conexión en los últimos cientos de metros hasta el instrumento de proceso. Con Ethernet-APL, los mismos conceptos basados en Ethernet se aplican a toda la red y la infraestructura. Esto elimina la necesidad de conectar sistemas de bus de campo digital mediante gateways, lo que simplifica la implementación. Esto conduce a la siguiente consideración importante.

2. ¿Cómo reduce la tecnología Ethernet-APL la cantidad de gateways necesarios?

Esta es la principal ventaja de Ethernet-APL. Se utiliza una única red basada en Ethernet para todo el sistema de automatización, y la capa física subyacente puede seleccionarse según los requisitos. El dispositivo ahora habla el mismo lenguaje —como PROFINET, EtherNet/IP, HART-IP u OPC UA— que el controlador. Los gateways y las traducciones de protocolo dejan de ser necesarios.

Pero eso no es todo: Ethernet-APL especifica el mismo cable de referencia que se utiliza para dispositivos PROFIBUS PA. Con excelentes tecnologías de integración, como el perfil PA y la tecnología proxy, el switch de campo Ethernet-APL puede traducir datos de instrumentos PROFIBUS PA a PROFINET, haciendo que aparezcan virtualmente como dispositivos PROFINET nativos.

Esto proporciona a los usuarios protección de la inversión en su base instalada de instrumentos y una forma de acelerar la implementación de Ethernet en el campo de las plantas de procesos. Con el switch de campo como componente integrador, tanto Ethernet como PROFIBUS PA pueden operar sobre la misma infraestructura, permitiendo combinar protocolos según sea necesario durante el período en que los fabricantes de dispositivos actualizan sus ofertas Ethernet-APL.

El switch de campo Ethernet-APL Rail de Pepperl Fuchs .png

3. ¿Puede utilizarse Ethernet-APL para aplicaciones de seguridad?

¡Por supuesto! Ethernet-APL permite una comunicación continua y rápida desde el nivel de campo —en áreas peligrosas hasta Zona 0 / Clase I, Div. 1— hasta el sistema de control de procesos y la nube. Además, es una gran ventaja para los usuarios contar con una sola infraestructura para todas las comunicaciones de dispositivos. Esto reduce el esfuerzo de gestión de la instrumentación de seguridad, desde el diseño hasta la configuración, puesta en marcha y operación.

Ethernet-APL permite la transmisión digital de datos desde el nivel de campo, tanto en áreas de uso general como en áreas peligrosas.jpeg

Después de todo, Ethernet-APL es simplemente una capa física. Es la capa 1 del modelo OSI, que transporta energía, bits y bytes. Los protocolos de seguridad forman parte de la capa 7, la capa de aplicación. Por lo tanto, la tecnología también puede utilizarse para instrumentación de seguridad. Los fabricantes de dispositivos tienen una oportunidad única de implementar la seguridad como parte del software, lo que reduciría los costos de desarrollo, pruebas y certificación.

Con aproximadamente el 40% de todas las señales de proceso relacionadas actualmente con la seguridad, creemos que la integración de la seguridad en el software ocurrirá más temprano que tarde. Es útil que los usuarios expresen a sus fabricantes de dispositivos su interés en explorar e implementar Ethernet-APL, alentándolos a invertir en comunicación digital.

Modelo OSI - Ethernet-APL es la capa 1.png

El modelo OSI: Ethernet-APL es la capa 1, es decir, la capa física.

4. ¿Por qué necesito el alto ancho de banda de 10 Mbit/s?

El ancho de banda y la infraestructura plana de Ethernet son importantes para muchas aplicaciones y conducen a la digitalización completa de numerosos activos de las plantas de proceso. Con el alto ancho de banda y los ciclos de actualización rápidos, los usuarios pueden lograr mayor precisión en el control de lazo cerrado. Las placas de identificación digitales eliminan preocupaciones relacionadas con equipos y etiquetas. El sistema de gestión de activos puede monitorear el estado de los dispositivos en tiempo real y gestionar diagnósticos y alarmas. Los sistemas de ingeniería pueden conservar copias de seguridad completas de todas las configuraciones y datos de los dispositivos, y restaurar automáticamente los ajustes después del reemplazo de un dispositivo. Con el bloqueo y etiquetado digital (lockout/tagout), la información del equipo está disponible digitalmente en tiempo real y de forma remota desde un dispositivo móvil.

Una vez que Ethernet-APL se generalice, los usuarios tendrán más ideas sobre cómo respaldar sus procedimientos operativos estándar con automatización y seguir mejorando la seguridad y la confiabilidad en sus plantas.

5. ¿Cómo puede la base instalada obtener los mismos beneficios de Ethernet-APL que las nuevas plantas?

La integración incluye cualquier tipo de proyecto brownfield. Las descripciones de dispositivos en forma de paquetes FDI, GSD o FDT DTM proporcionan la tecnología de integración necesaria para acceder a cualquier señal. Ethernet y alimentación hacia una sola caja de conexiones con un switch de campo Ethernet-APL y una unidad de E/S remota proporcionan conectividad para:

• Cualquier protocolo mediante Ethernet-APL
• PROFIBUS PA conectado a PROFINET
• Cualquier señal analógica mediante PROFINET, con o sin HART

Durante una actualización del sistema de control o una modernización importante de la planta, los usuarios pueden proteger su inversión en la instrumentación existente y dejar los cables instalados entre la caja de conexiones y los instrumentos. ¡Esto representa un ahorro significativo! Todo lo que se encuentra dentro de la caja de conexiones y está conectado a sistemas de nivel superior puede diseñarse para alta disponibilidad, con redundancia en instalación, alimentación y control.

Durante la modernización, los usuarios pueden decidir para cada dispositivo individual si la actualización a Ethernet-APL aportará un beneficio económico a las operaciones de la planta. La infraestructura permite la conexión a cualquier instrumento, por lo que los usuarios pueden proteger su inversión en la base instalada. De este modo, pueden combinar señales de cualquier instrumento y utilizar todos los datos proporcionados por ellos, independientemente de la tecnología de comunicación seleccionada y existente. Los protocolos basados en Ethernet ofrecen el método de integración más sencillo gracias a las numerosas funciones que sustentan la amplia aceptación de Ethernet en la actualidad.

6. ¿Las tecnologías existentes seguirán siendo tan lentas a pesar del alto ancho de banda?

No realmente. Aunque un transmisor HART o PROFIBUS PA siempre tardará más en comparación con Ethernet-APL, la infraestructura sigue aportando mayor eficiencia a la aplicación. Las E/S remotas y los switches de campoproporcionan un módulo principal por conexión de dispositivo, en comparación con la tecnología de multiplexación disponible actualmente. La comunicación entre la caja de conexiones y el instrumento puede realizarse en paralelo, eliminando el tiempo de espera entre transmisiones y mejorando la respuesta general del sistema.

7. ¿Qué debo tener en cuenta al modernizar un sistema con Ethernet-APL?

Si está considerando una modernización, recomendamos utilizar comunicación basada en Ethernet hacia el campo. Los usuarios deben revisar y considerar la configuración de su planta teniendo en cuenta las siguientes restricciones:

• La infraestructura Ethernet-APL de FieldConnex es adecuada para instalaciones en Zona 2.
• Los switches y las E/S remotas requieren alimentación auxiliar.
• Distancias de hasta 2 km entre el campo y la sala de control pueden cubrirse mediante fibra óptica.

Switches de campo Ethernet-APL Rail de Pepperl Fuchs.jpeg

8. ¿Cómo puedo proteger una red Ethernet-APL contra ciberataques?

Para proteger su planta contra accesos no deseados, adopte un enfoque sistémico. Al igual que en la seguridad informática de redes corporativas, evalúe distintos escenarios de ataque y la vulnerabilidad de la red. Aplique medidas de seguridad adecuadas para defenderse de estos ataques. Esto incluye restringir derechos de acceso a determinadas áreas o por períodos limitados, por ejemplo, para empresas de mantenimiento. Dado que las redes Ethernet-APL son redes Ethernet puras, todos los mecanismos de protección también pueden aplicarse en el futuro.