Investigación 3

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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LA LAGUNA 
INVESTIGACIÓN 3. 
BUSES DE CAMPO 
 
 
 
 
CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES 
Ingeniería Mecatrónica Semestre 7 
Alumno(s): Christian Enrique González Robles No. Control: 19131206 
 
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AS-Interface 
AS-Interface es una solución de red destinada a la industria y utilizada en sistemas de 
automatización basados en PLC, DCS y PC. 
Esta tecnología ha sido desarrollada para funcionar con dispositivos sencillos ON/OFF. Esto 
incluye, por ejemplo, actuadores, sensores, codificadores y pulsadores en la industria 
manufacturera. 
En este artículo analizaremos con detenimiento por qué es uno de los sistemas de red más utilizados 
en los procesos productivos de las empresas, sus aplicaciones y características principales. 
¿Qué es AS-Interface? 
La definición clásica de AS-Interface es la de un bus maestro-esclavo, en el que un solo maestro 
controla hasta 62 esclavos. 
Cada esclavo puede transferir hasta cuatro entradas y cuatro salidas en un ciclo de bus. Además, 
proporciona un sistema de cableado único que es rápido, fácil de cablear y fácil de operar. 
Funciona en el nivel más bajo de la jerarquía del bus de campo, pero cuando se implementa con 
un maestro/gateway AS-I (a veces denominado simplemente gateway AS-i) puede conectarse a 
una red de nivel superior, como DeviceNet, EtherNet/IP, PROFIBUS u otras. 
Por norma general, los maestros AS-i se conectan al control de nivel superior, como un PLC, un 
control basado en PC o un DCS (sistema de control distribuido). 
Tradicionalmente, los sensores y actuadores se han conectado a los PLC u otros controladores a 
través de discretas cableadas y arneses de cables. 
Pero, la introducción de la interfaz actuador-sensor, también conocida como AS-Interface, o AS-i 
(acrónimo de Actuator Sensor Interface), en la década de 1990 ofreció a los usuarios e 
integradores una sustitución fiable y rentable del método engorroso y lento del cableado en paralelo. 
¿Por qué se utiliza AS-i? 
La sustitución de sensores y actuadores sencillos por sensores y actuadores de AS-Interface es una 
tendencia candente en la automatización actual, y por una buena razón. 
AS-Interface es ya un estándar mundial de hecho para la conexión en red de E/S sencillas. 
Su potencial para sustituir de forma rentable el desordenado nido de cables que impregna la 
mayoría de las instalaciones industriales resulta tremendamente atractivo en muchos sectores. 
De las redes de sustitución de sensores/actuadores de bajo nivel disponibles, AS-Interface ofrece el 
mayor rendimiento al menor coste. Debido a sus raíces como red de Siemens, AS-Interfaz ya 
cuenta con el apoyo entusiasta de la comunidad de automatización industrial en Europa. 
En la actualidad, muchos proveedores de automatización se sienten atraídos por su alta velocidad, 
su potencia en el bus, su sencillez de funcionamiento y su sistema de cableado por desplazamiento 
del aislamiento. 
 
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Dado que los ingenieros de control se sienten cada vez más cómodos con un sistema de red 
estructurado, AS-Interface es la solución perfecta para el nivel más bajo de la arquitectura de red, 
esos sensores y actuadores sencillos y de bajo nivel que consumen la mayor parte de los gastos de 
instalación, puesta en marcha y resolución de problemas. 
 
Componentes de AS-Interface 
Un sistema construido con AS-Interface suele tener varios componentes principales. A 
continuación, describiremos los más importantes. 
1) Maestro AS-Interface 
En primer lugar está el AS-Interface Master, en la cabeza de la red. El AS-Interface Master 
proporciona la conexión con el sistema de control de nivel superior. 
Organiza todo el tráfico de datos en la línea y es responsable de la parametrización, el diagnóstico y 
la supervisión. 
2) Cable AS-Interface 
Lo siguiente es el cable de AS-Interface. Hay dos cables necesarios en un sistema de AS-Interface: 
• Un cable para llevar la energía y los datos a los sensores que suele ser de color amarillo. 
• Un cable para llevar 24 voltios a los actuadores que suele ser de color negro. 
 
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Sin embargo, no hay que hacer un cableado complicado, ya que utilizan una tecnología especial de 
fijación, lo que significa que los nodos pueden conectarse literalmente en el cable, en cualquier 
punto. 
3) Fuente de alimentación AS-Interface 
La unidad o fuente de alimentación AS-Interface proporciona una corriente continua constante y 
regulada de 30 voltios para suministrar energía a los dispositivos maestro y esclavo. 
También funciona como desacoplador de datos, lo que significa que separa la energía y los datos 
mientras ambos se transfieren simultáneamente a lo largo del cable. 
Pueden conectarse directamente a un autómata programable a través de un maestro de interfaz AS 
en el rack del autómata. 
Como alternativa, pueden formar parte de un subsistema más grande y conectarse a un PLC 
mediante una conexión de bus de campo, como PROFINET o PROFIBUS. 
4) AS-Interface de Seguridad en el trabajo 
AS-Interface Safety at Work se refiere a la comunicación segura en la red de AS-Interface según 
la directiva de máquinas más reciente. 
Con este sistema de seguridad utilizado en todo el mundo se puede alcanzar el estándar de 
seguridad SIL3/PLe, lo que permite crear sistemas de seguridad sin necesidad de un PLC de 
seguridad. 
Todos los dispositivos de seguridad conocidos pueden conectarse directamente al segmento AS-
Interface mediante módulos o como solución integral. 
El concepto de seguridad del AS-Interface puede modificarse de forma flexible y descentralizada. 
Los enlaces lógicos pueden definirse mediante el software de configuración VAZ-SW-SIMON+. 
¿Cómo funciona AS-Interface? 
Con el protocolo de comunicación industrial AS-Interface todos los sensores y actuadores se 
conectan al sistema de control mediante líneas de dos cables sin apantallar que proporcionan tanto 
transmisión de datos como energía. 
Este sistema tiene una estructura que se descompone en tres niveles. 
Interfaz 1: Sensores y actuadores 
En este nivel tenemos los esclavos que utilizan chips AS-Interface. Este chip permite a los 
esclavos conectarse a la red, enviar datos al maestro y recibir órdenes de vuelta. 
Un dispositivo analógico en la red que envíe datos mayores de 4 bits los dividirá en muchos ciclos 
para enviarlos al maestro. 
Interfaz 2: Sistema de transmisión 
En este nivel, la red intercambia datos entre los esclavos de la red. La interfaz 2 define cómo 
acceder a la interfaz 1, intercambiar datos eléctricos y manejar los problemas de comunicación. 
También define el tiempo requerido en cada transacción. 
 
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Interfaz 3: Elemento de control (maestro) 
En este nivel, el maestro conecta el controlador (host) con los sensores y actuadores. 
Además, el maestro puede gestionar el tráfico de forma independiente y configurar y ejecutar 
diagnósticos. 
Ventajas del uso de AS-Interface 
Las principales ventajas de AS-Interface son su sencillez, su bajo coste y su alta velocidad. 
Un maestro puede controlar hasta 62 esclavos AS-i cuando se utiliza el sistema de direccionamiento 
ampliado. Y cada esclavo puede tener 8 entradas y 8 salidas, con un total de 496 entradas y 496 
salidas. 
Con el sistema de direccionamiento estándar y 31 esclavos, el tiempo máximo de respuesta es de 5 
ms por punto de E/S, y con el direccionamiento ampliado, el tiempo máximo de respuesta es de 20 
ms por punto de E/S (con 8 E/S por esclavo). 
Además, AS-i tiene la ventaja de ser un sistema determinista y verificable, por lo que el tiempo de 
respuesta es fiable. 
A continuación, te enumero otros beneficios que puede aportar AS-i a tu sistema de automatización 
industrial que debes conocer: 
• Costes de instalación minimizados y conexión mediante tecnologíade perforación del 
aislamiento. 
• Instalación sin topología. 
• Alimentación, señales seguras y no seguras en un solo cable. 
• Amplia función de diagnóstico. 
• Direccionamiento automático cuando se sustituye un dispositivo. 
• Ampliaciones flexibles del sistema. 
• Compatible con todos los buses de campo y PL 
 
PROFIBUS 
El protocolo de comunicación de red digital PROFIBUS se ha convertido en poco tiempo en un 
elemento esencial para una gran variedad de sectores industriales. Su enfoque en la experiencia del 
usuario, la robustez y la tecnología avanzada se llevan la mayor parte del mérito. 
Este artículo contiene todo lo que necesitas saber sobre el protocolo de comunicación PROFIBUS. 
¿Qué es PROFIBUS? 
PROFIBUS es un estándar de red digital de campo abierto (bus de campo) que se encarga de la 
comunicación entre los sensores de campo y el sistema de control o los controladores. Es 
importante conocer que PROFIBUS son las siglas de Process Field Bus. 
La primera idea durante su desarrollo fue la de implementar soluciones PROFIBUS en industrias de 
automatización de fábricas, luego en industrias de procesos, fabricación, etc. Esta red de 
 
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comunicación es adecuada tanto para aplicaciones rápidas y sensibles como para tareas de 
comunicación complejas. 
En todo el mundo, los usuarios pueden utilizar como referencia un protocolo estándar internacional, 
cuyo desarrollo tiene como objetivo reducir los costes, ganar flexibilidad, confianza, orientación al 
futuro, adaptarse a las más variadas aplicaciones, Inter funcionalidad y múltiples proveedores. 
En cuanto al desarrollo, la tecnología Process Field Bus es estable y está en constante evolución de 
desarrollo. Las empresas miembros de PROFIBUS International se reúnen constantemente en 
grupos de trabajo enfocados en las nuevas demandas del mercado, asegurando nuevos beneficios 
con la aparición de nuevas características. 
Cómo funciona PROFIBUS 
La tecnología de la información desempeñó un papel decisivo en el desarrollo de la automatización 
industrial y cambió las jerarquías y estructuras de las empresas. En la actualidad, ha llegado al 
entorno industrial y a sus diversos sectores, desde las industrias de proceso y fabricación hasta los 
edificios y sistemas logísticos. 
La posibilidad de comunicación entre los dispositivos y el uso de mecanismos estandarizados, 
abiertos y flexibles son componentes esenciales del concepto de automatización actual. La 
comunicación se expande rápidamente en la dirección horizontal a nivel de campo, así como en la 
dirección vertical integrando todos los niveles jerárquicos de un sistema de automatización. 
De acuerdo con las características de la aplicación y el coste máximo a alcanzar, una combinación 
gradual de diferentes sistemas de redes de comunicación industrial como Ethernet Industrial, 
PROFIBUS y AS-Interface son las condiciones de red abierta ideales para los procesos 
industriales. 
En cuanto a los actuadores/sensores, el AS-Interface es el sistema de comunicación de datos 
perfecto, ya que las señales de datos binarias se transmiten a través de un bus de datos 
extremadamente sencillo y de bajo coste, junto con la fuente de alimentación de 24Vdc necesaria 
para alimentar dichos sensores y actuadores. 
Otra característica importante es que los datos se transmiten en ciclos, de forma muy eficiente y 
rápida. 
A nivel de campo, los periféricos distribuidos, como módulos de E/S, transductores, 
accionamientos, válvulas y paneles de operación funcionan en los sistemas de automatización, a 
través de un eficiente sistema de comunicación en tiempo real, el PROFIBUS DP o PA. 
La transmisión de datos de proceso se realiza en ciclos, mientras que las alarmas, los parámetros y 
los diagnósticos se transmiten sólo cuando es necesario, de forma no cíclica. 
En lo que respecta a las células, los controladores programables como los PLC y los ordenadores de 
ingeniería necesitan comunicarse entre sí, por lo tanto requieren que se transfiera un gran paquete 
de datos en varias y potentes funciones de comunicación. 
Además, la integración eficiente en los sistemas de comunicación corporativos existentes, como 
Intranet, Internet y Ethernet es absolutamente obligatoria. Esta necesidad se satisface mediante el 
protocolo PROFINET. 
 
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La revolución de la comunicación industrial en la tecnología juega un papel fundamental en la 
optimización de los sistemas de proceso y ha hecho una valiosa contribución para mejorar el uso de 
los recursos. 
 
Tipos de PROFIBUS 
En un principio, el grupo de trabajo desarrolló PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification). 
Se trataba de un protocolo complejo que ya no se utiliza en la actualidad. Después, trabajaron para 
crear el protocolo PROFIBUS DP (Periféricos Descentralizados) y en 1998 se lanzó PROFIBUS 
PA (Automatización de Procesos). 
PROFIBUS, en su arquitectura, se divide en tres tipos principales: 
PROFIBUS FMS 
Ofrece al usuario una amplia selección de funciones en comparación con otras variantes. Es la 
solución en el estándar de comunicación universal que puede utilizarse para resolver tareas de 
comunicación complejas entre los PLC y los DCS. 
Esta variante soporta la comunicación entre sistemas de automatización, además del intercambio de 
datos entre equipos inteligentes, generalmente utilizados en el nivel de control. Recientemente, 
como su función principal es la comunicación entre equipos, está siendo sustituida por el protocolo 
Ethernet Industrial. 
PROFIBUS DP 
Es la solución de alta velocidad. Fue desarrollado específicamente para la comunicación entre los 
sistemas de automatización y los equipos descentralizados. Es aplicable en sistemas de control 
donde se enfatiza el acceso a dispositivos distribuidos de E/S y sustituye a los sistemas 
convencionales de 4 a 20 mA, HART o en transmisiones de 24 voltios. 
 
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Utiliza la interfaz estándar de la capa física de comunicación RS-485 o fibra óptica. Requiere menos 
de dos minutos para transmitir 1 Kbyte de E/S y se utiliza principalmente en sistemas de 
automatización industrial. 
En la actualidad, el 90 por ciento de las aplicaciones en las que interviene PROFIBUS utilizan el 
PROFIBUS DP. Esta variante está disponible en tres versiones: DP-V0 (1993), DP-V1 (1997) y 
DP-V2 (2002). El origen de cada versión ha sido producido por el avance tecnológico y la creciente 
demanda de las aplicaciones. 
PROFIBUS PA 
Cumple con los requisitos de la automatización industrial, donde los sistemas de automatización y 
los sistemas de control de procesos se conectan con los equipos de campo, como transmisores de 
presión y temperatura, convertidores, posicionadores, etc. También puede sustituir el estándar de 4 
a 20 mA. 
Existen ventajas potenciales para el uso de esta tecnología, que conlleva ventajas funcionales como 
la transmisión de información confiable, manejo de estados variables, sistemas de seguridad de 
fallas, y la característica de equipo de auto-diagnóstico, medición con alta resolución, integración 
con control de alta velocidad, etc. 
Además de las ventajas económicas propias de las instalaciones (reducción de costes hasta un 40% 
comparable a los sistemas convencionales en algunos casos), reducción de los costes de 
mantenimiento (hasta un 25 %. frente a los sistemas convencionales), menor tiempo de puesta en 
marcha, ofrece un aumento significativo de la funcionalidad y la seguridad. 
PROFIBUS PA permite la medición y el control a través de una línea y dos cables individuales. 
También alimenta los equipos de campo en zonas intrínsecamente seguras. Permite el 
mantenimiento y la conexión/desconexión de los equipos incluso durante el funcionamiento sin 
interferir en otras estaciones en zonas. 
Ha sido desarrollado en colaboración con la industria decontrol y procesos (NAMUR), en 
cumplimiento de los requisitos especiales de esta área de aplicación: 
• El perfil de aplicación original para la automatización de procesos y la compatibilidad de 
equipos de campo de diferentes fabricantes. 
• Adición y eliminación de estaciones de bus incluso en áreas intrínsecas sin afectar a otras 
estaciones. 
• Una comunicación transparente a través de los acopladores del segmento entre el bus de 
automatización PROFIBUS PA y el bus de automatización industrial PROFIBUS DP. 
• Transmisión de potencia y datos en el mismo par de cables basado en la tecnología IEC 
61158-2. 
• Uso en áreas potencialmente peligrosas con pantalla de protección a prueba de explosiones 
intrínsecamente segura o intrínsecamente insegura. 
La conexión de los transmisores, convertidores y posicionadores en una red PROFIBUS DP se 
realiza mediante un acoplador DP/PA. 
El cable de par trenzado se utiliza como fuente de alimentación y comunicación de datos para cada 
equipo, lo que facilita la instalación y reduce el coste del hardware, lo que se traduce en un menor 
 
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tiempo de puesta en marcha, un mantenimiento sin problemas, un bajo coste de software de 
ingeniería y un funcionamiento altamente fiable. 
Todas las variantes de PROFIBUS se basan en el modelo de comunicación de red OSI (Open 
System Interconnection), de acuerdo con la norma internacional ISO 7498. 
Ethernet 
El término Ethernet industrial hace referencia al uso de dispositivos de red, normalmente 
conmutadores (switches), en entornos exigentes. Algunas aplicaciones cruciales para los procesos 
productivos de las empresas requieren de una entrega de datos altamente fiable y precisa, lo que 
llevó a la creación del Ethernet Industrial. 
¿Qué es el Protocolo Ethernet Industrial? 
La definición del protocolo Ethernet/IP (Ethernet Industrial Protocol) es la de un estándar 
de red de comunicación capaz de manejar grandes cantidades de datos a velocidades de 10 Mbps o 
100 Mbps, y hasta 1500 bytes por paquete. La especificación utiliza un protocolo abierto en la capa 
de aplicación. 
En la industria es especialmente popular para aplicaciones de control. En definitiva, este tipo de red 
es fácil de configurar, operar, mantener y ampliar. A su vez, permite la mezcla de productos de 
10 Mbps y 100 Mbps, y es compatible con la mayoría de los conmutadores (switch) Ethernet. 
Esta tecnología se utiliza con ordenadores personales, mainframes, robots, dispositivos y 
adaptadores de entrada/salida (E/S), controladores lógicos programables (PLC) y otros dispositivos. 
La especificación está respaldada por la Industrial Ethernet Association (IEA), ControlNet 
International (CI) y la Open DeviceNet Vendor Association (ODVA). Recientemente se ha 
convertido en la tendencia más utilizada en el movimiento de datos en aplicaciones 
industriales en la planta de producción. Sin embargo, la planta de producción es un entorno muy 
diferente al doméstico y al de la oficina. Por su lado, las aplicaciones de fábrica también presentan 
muchas necesidades diferentes a las aplicaciones comerciales. 
Debido a su fiabilidad, rendimiento e interoperabilidad inherentes, Ethernet se ha infiltrado en la 
planta de producción como el protocolo de comunicación preferido para los sistemas de 
automatización y control. En los últimos años, Ethernet Industrial ha superado la cuota de 
mercado de los protocolos de bus de campo tradicionales que normalmente requieren múltiples 
opciones de cableado. 
Para entender qué es el ethernet industrial y cómo funciona es necesario conocer que utiliza 
esencialmente protocolos industriales especiales, encapsulados en el protocolo Ethernet, de forma 
que se garantice el envío y la recepción de la información correcta en el momento y el lugar en que 
se necesita para realizar una operación específica. 
Breve Historia de Ethernet 
Aunque Bob Metcalfe de Xerox esbozó el concepto original de Ethernet en una servilleta en 1973, 
su inspiración llegó incluso antes. En aquellos años ALOHAnet era una red de datos 
inalámbrica creada para conectar varios sistemas informáticos en los campus universitarios 
hawaianos (en diferentes islas). 
 
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El reto consistía en permitir que varios nodos de radio con datos independientes se comunicaran 
entre sí, sin interferir entre ellos. La solución de ALOHAnet era una versión del concepto de 
detección de colisiones (CSMA/CD). 
En definitiva, Metcalfe basó su trabajo de doctorado en la búsqueda de mejoras en ALOHAnet. 
Esto le llevó a trabajar con Ethernet. Años más tarde, el protocolo de comunicación se convirtió en 
la base del estándar de red IEEE 802.3 que especificó la capa física y la capa de enlace de 
datos de la funcionalidad de red. 
Qué es la capa física de Ethernet 
En los primeros tiempos, las opciones de Ethernet eran más limitadas que en la actualidad. Dos de 
las opciones más comunes eran las configuraciones 10Base2 y 10Base5. Ambas funcionaban a 10 
Mbps y utilizaban cable coaxial con nodos conectados al cable mediante conectores en T, o a través 
de interfaces de unidad de conexión (AUI) en una configuración de bus multipunto. 
Las redes 10Base2 permitían longitudes de segmento de hasta 185 pies (56´38 metros aprox.) 
utilizando cable coaxial RG 58 (también llamado Thin Ethernet). 
Este tipo de redes 10Base5 ofrecía mayores distancias entre nodos, pero el grueso cable coaxial y 
las conexiones eran voluminosas y difíciles de trabajar. Más tarde, otra solución en esta categoría de 
velocidad fue 10Base-FL, que utiliza cableado de fibra óptica y proporciona distancias superiores a 
los 2.000 pies (609´6 metros). 
Otra de las primeras opciones de capa física de 10 Mbps -10Base-T- ganó popularidad rápidamente 
porque era más fácil de instalar y usaba cable barato de Categoría 3 de par trenzado sin blindaje 
(UTP). 
Los nodos (normalmente ordenadores con tarjetas de interfaz de red o NIC) se conectaban en una 
topología en estrella a un concentrador, que a su vez estaba conectado a otros segmentos de la red. 
Cada computadora tenía que estar a menos de 100 pies (30,48 metros) del centro. Se utilizaron 
conectores RJ-45 estándar. 
A mediados de la década de 1990, empezó a estar disponible el equipo Ethernet de 100 Mbps , lo 
que aumentó significativamente la velocidad de transferencia de datos. Las NIC que se ajustarían 
automáticamente para funcionar a 10Mbps o 100Mbps simplificaron la migración al estándar más 
rápido. 
Hoy en día, prácticamente todas las tarjetas de interfaz de red de ordenadores implementan 
100Base-TX. El cable UTP de categoría 5e es el cable estándar utilizado con 100Base-TX y las 
longitudes de cable son las mismas que para las redes 10Base-T. 
En la actualidad, las redes coaxiales están siendo reemplazadas cada vez más por medios de fibra 
óptica, especialmente para enlaces punto a punto. Por ejemplo, 100Base-FX utiliza dos fibras 
ópticas y permite comunicaciones punto a punto full duplex de hasta 2,000 pies (609´6 metros). 
Qué es la capa de enlace de datos 
La capa de enlace de datos en Ethernet define su método de acceso a los medios. Los enlaces 
semidúplex, como los conectados en topologías de bus o estrella (10/100Base-T, 10Base2, 10Base5, 
etc.), utilizan el sentido de portadora y acceso múltiple con detección de colisiones (CSMA/CD). 
 
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Este método permite que múltiples nodos tengan igual acceso a la red, similar a los primeros 
sistemas telefónicos de línea compartida en los que los usuarios escuchaban las conversaciones en 
curso y esperaban hasta que la línea estuviera libre antes de acceder a ella. 
Todos los nodos de una red Ethernet monitorean continuamente las transmisiones en los medios. 
Si un nodo necesita transmitir, espera hasta que la red esté inactiva, entonces comienza la 
transmisión. Mientrastransmite, cada nodo monitorea su propia transmisión y compara lo que `oye’ 
con lo que está tratando de enviar. 
Si dos nodos empiezan a transmitir al mismo tiempo, las señales se superponen, estropeando los 
originales. Ambos nodos verán una señal diferente a la que están tratando de enviar. Esto se 
reconoce como una «colisión». Si hay una colisión, cada nodo deja de transmitir y sólo intenta 
retransmitir después de un retardo preestablecido, que es diferente para cada nodo. 
Este método de acceso a los medios de comunicación facilita la adición o eliminación de nodos de 
una red. Simplemente conectando otro nodo, comenzará a escuchar y transmitir cuando la red esté 
disponible. 
 
Cómo hacer una red ethernet industrial 
La distribución de una red Ethernet Industrial básica permite unir las redes administrativas de 
la empresa (Contabilidad, RRHH, Gestión de materias primas, ERP, Lógística …), las 
 
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de control y supervisión de los procesos productivos (MES, SCADA, HMI, autómatas, 
controladores, RTU) y la de los dispositivos (sensores, transductores, celulas fotoeléctricas, 
actuadores …) para que funcionen en una única red. 
Para la conexión de todas las redes mencionadas en una sola se utilizan los switches que son los 
dispositivos que, junto al cableado, constituyen lo que se conoce como una red de área local (LAN). 
La red corporativa (administrativa) soporta las funciones administrativas tradicionales y las 
aplicaciones corporativas, como recursos humanos, contabilidad y aprovisionamiento, así como la 
intranet de la empresa y la conectividad a Internet. Esta red se basa normalmente en la suite de 
protocolos TCP/IP. 
Las redes de control y supervisión conectan dispositivos de control y monitorización, incluidos los 
programables, controladores de automatización, software de automatización, racks de E/S, 
variadores e interfaces hombre-máquina (HMI). 
Esta red requiere un enrutador o, en la mayoría de los casos, una pasarela de red para traducir los 
protocolos específicos de la aplicación a Protocolos basados en Ethernet. 
Esta traducción permite que la información pase entre la red de control sobre la planta de 
producción y la infraestructura de la red corporativa, pero tiene una funcionalidad limitada y 
requiere un esfuerzo significativo para mantenerse al día. 
La red de los dispositivos conecta los controladores con los dispositivos de E/S de la planta de 
producción, incluidos los sensores, como transductores, células fotoeléctricas, caudalímetros, y 
otros equipos de automatización y movimiento, como la robótica, los variadores de frecuencia y los 
actuadores. 
La Interconectividad entre ellos se efectúa con una variedad de buses de campo tales 
como DeviceNet, Profibus, y Modbus. Cada bus de campo tiene requisitos específicos de 
alimentación, cableado y comunicación, dependiendo de los diferentes factores en la aplicación de 
fábrica que soporta. 
En este tipo de redes, la información específica del bus de campo que se utiliza para controlar 
dispositivos de E/S y otros componentes de fabricación están integrados en tramas Ethernet. En este 
caso la tecnología se basa en los estándares de la industria y no en estándares personalizados o 
patentados, por lo que es más interoperable con otros equipos y sistemas de red. 
La comunicación industrial se produce en el nivel de enrutamiento, el nivel de control y el nivel 
de sensor, cada uno de los cuales requiere diferentes niveles de transferencia de información en 
tiempo real, detección de colisiones y determinismo (esencialmente determinando de antemano la 
ruta entre dos nodos cualesquiera). 
Aunque existen varios protocolos de red industrial que soportan una variedad de requisitos de 
comunicación en la planta de producción, hay cuatro actores principales que vale la pena 
mencionar para conocer cómo hacer una red de ethernet industrial: Modbus TCP/IP, EtherCat, 
EtherNet/IP y Profinet. 
• Modbus TCP/IP fue el primer protocolo Ethernet Industrial introducido, y es 
esencialmente una comunicación Modbus tradicional que se comprime dentro de un 
protocolo de capa de transporte Ethernet para transferir datos discretos entre dispositivos de 
 
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control. Utiliza una comunicación simple maestro-esclavo en la que el nodo «esclavo» no 
transmite datos sin una petición del nodo «maestro», pero no se considera un protocolo en 
tiempo real. 
• Introducido en 2003, EtherCAT es un protocolo de Ethernet Industrial que ofrece 
comunicación en tiempo real en una configuración maestro/esclavo para sistemas de 
automatización. El elemento clave de EtherCAT es la capacidad de todos los esclavos 
conectados en red de extraer sólo la información relevante que necesitan de los paquetes de 
datos e insertar los datos en la trama a medida que transmiten aguas abajo (información 
que fluye hacia el usuario final), lo que a menudo se denomina comunicación «sobre la 
marcha». 
• Lanzado inicialmente en el año 2000, Ethernet/IP es un protocolo Ethernet industrial de 
capa de aplicación ampliamente utilizado, homologado por la Open Device Vendors 
Association (ODVA) y suministrado principalmente por Rockwell Automation. Es el 
único protocolo Ethernet industrial que se basa completamente en los estándares Ethernet y 
utiliza capas físicas, de enlace de datos, de red y de transporte estándar de Ethernet. Dado 
que utiliza conmutación Ethernet estándar, puede soportar un número ilimitado de nodos. 
Sin embargo, requiere un alcance limitado para evitar la latencia y permitir la comunicación 
en tiempo real. 
• Otro actor importante (en gran medida debido a su integración en los controladores de 
Siemens y GE) es Profinet, un protocolo de aplicación desarrollado por Siemens en 
colaboración con empresas miembro de una organización de usuarios de Profibus. 
Básicamente, amplía la comunicación del controlador de E/S Profibus a Ethernet mediante 
conmutadores especiales integrados en los dispositivos. 
Características de los cables de Ethernet Industrial 
Cuando se trata de los cables que soportan estas redes de Ethernet Industrial, existen algunas 
diferencias clave en comparación con la Ethernet comercial. 
En primer lugar, las velocidades de las que estamos hablando para Ethernet Industrial son mucho 
más bajas que el gigabit y las necesidades de mayor ancho de banda que vemos en la LAN – 
alrededor de 100 Mb/s- son las velocidades comunes utilizadas en Ethernet Industrial. 
Esto tiene sentido ya que la cantidad de ancho de banda necesaria para enviar información de 
control y automatización en una red industrial es una fracción de lo que se necesita para descargar 
un vídeo de YouTube. 
Debido a que los entornos industriales requieren cables y conectividad que deben soportar una 
variedad de condiciones extremas (vibración, líquidos, polvo, productos químicos e interferencias 
electromagnéticas), los componentes presentan una construcción más robusta que los utilizados en 
las redes LAN de oficina. 
Por ejemplo, mientras que el cable sólo necesita un rendimiento de Categoría 5 o Categoría 5e, los 
cables industriales a menudo cuentan con un calibre más grande (típicamente 22AWG) para 
acomodarse a temperaturas más altas, construcción blindada para la prevención del ruido, 
conductores trenzados para la flexión y materiales de cubierta especiales como el poliuretano para 
la resistencia a productos químicos, al aceite y la abrasión. 
 
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Los mismos conductores pueden incluso estar recubiertos para evitar la corrosión. Estas 
características hacen que el precio de los cables de Ethernet industrial sea mucho más elevado que 
el de los cables LAN de uso cotidiano. 
Los conectores utilizados en Ethernet Industrial también deben ser más robustos. Destacan por tener 
características como el sellado para evitar el polvoy la humedad. Además, se fabrican en materiales 
resistentes a los productos químicos para evitar su descomposición por algún derrame o incidencia. 
Uno de los cables más utilizados son los robustos conectores RJ45 diseñados para su uso en 
entornos industriales, los conectores M12 se utilizan mucho más en Ethernet industrial debido a su 
menor factor de forma circular y a su rosca de bloqueo de 12 mm que mantiene una conexión fiable 
incluso cuando están expuestos a golpes y vibraciones. 
¿Cuáles son los diferentes tipos de cableado Ethernet? 
El primer punto a considerar cuando se despliega una red Ethernet es el tipo de cableado. El cable 
Cat5e soporta velocidades Gigabit y a menudo es la especificación mínima recomendada. 
También está disponible Cat6, que proporciona un mejor rendimiento a un coste más elevado, y 
también un cierto grado de seguridad para el futuro a medida que Ethernet avance hacia velocidades 
de 10 Gigabits en los próximos años. 
Aunque las instalaciones comerciales utilizan cables no apantallados, los cables apantallados 
(STP) deben utilizarse en entornos industriales para protegerse del ruido eléctrico generado por los 
motores, las transmisiones de los motores, las soldaduras y otros equipos eléctricos. 
En años anteriores, era importante definir si los cables debían usar conexiones directas o cruzadas. 
El cableado cruzado era normalmente necesario cuando se conectaban directamente los 
componentes entre sí, y el cableado de parches se utilizaba cuando se conectaban componentes 
a dispositivos Ethernet IT, como conmutadores y enrutadores. 
Sin embargo, la mayoría de los dispositivos actuales son compatibles con Auto MDI/MDIX, que 
aceptan ambas configuraciones, por lo que la mayoría de las instalaciones utilizan cableado de 
parches en todas partes. En este caso, los conectores RJ-45 se utilizan para la mayoría de las 
conexiones Ethernet. 
Otro punto a tener en cuenta tanto para el rendimiento como para la compatibilidad es la velocidad 
de comunicación y la capacidad de dúplex (comunicación bidireccional) a la mitad o completo. 
Aunque la compatibilidad dúplex puede superarse utilizando un switch o un enrutador. 
Por otro lado, el Fast Ethernet (Ethernet de alta velocidad) se utiliza en la mayoría de 
las aplicaciones de automatización industrial porque su velocidad bruta es más que suficiente, 
pero esto puede verse afectado por la selección de medio dúplex o dúplex completo. 
Con el medio dúplex, un dispositivo sólo puede transmitir o recibir, pero no puede hacer ambas 
cosas simultáneamente. Esto reduce el rendimiento y, en el peor de los casos, los dispositivos 
semidúplex dejan caer paquetes bajo una gran carga debido a las colisiones de datos. 
La mayoría de los componentes y dispositivos utilizados en las instalaciones Fast y Gigabit 
Ethernet utilizan, por lo tanto, full duplex, lo que significa que el nodo puede transmitir y recibir 
simultáneamente. 
 
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PROFINET 
PROFINET (Process Field Network) es un protocolo de comunicación Ethernet 
industrial basado en estándares abiertos TCP/IP e IT y desarrollado con un enfoque en la 
semejanza a PROFIBUS DP. Asimismo, es un mecanismo para intercambiar datos entre 
controladores y dispositivos. 
Los controladores, por norma general, son autómatas programables (PLC) y Sistemas de Control 
Distribuido (DCS), mientras que los dispositivos pueden ser modulos de E/S, sistemas de visión 
artificial, lectores de sistemas RFID, accionamientos varios, instrumentos de proceso, proxies, o 
incluso otros autómatas. 
Por qué se utiliza PROFINET 
En la tecnología de automatización actual, Ethernet y la tecnología de la información (TI) están 
cada vez más a la orden del día con estándares establecidos como TCP/IP y XML. 
La fabricas requieren una comunicación más precisa, debido a los altos costos operativos y 
requisitos de productividad. A diferencia de Internet, los datos y mensajes deben llegar exactamente 
cuándo se esperan, por lo que no son posibles los retrasos y errores. 
La integración de la tecnología de la información en la automatización abre opciones de 
comunicación significativamente mejores entre los sistemas de automatización, ampliando las 
posibilidades de configuración y diagnóstico, así como la funcionalidad de servicio en toda la red. 
Estas funciones han sido componentes integrales de PROFINET desde el principio. Además, la 
demanda de una mayor productividad de las máquinas y de las plantas de producción y, al mismo 
tiempo, la reducción de los costos ha sido siempre la fuerza motriz de las innovaciones en 
la automatización industrial. 
Satisface todos los requisitos de la tecnología de automatización. Tanto si se trata de la 
automatización de fábricas, de procesos o de accionamientos (con o sin seguridad funcional). 
1. PROFINET es el estándar de comunicación para la automatización de procesos industriales 
PROFINET cuenta con el apoyo de los proveedores (vendedores) de ingeniería de control. Tan 
importante, como que los datos de rendimiento técnico del sistema de comunicación es el acceso a 
los principales sistemas de control. 
Muchos fabricantes de control como Phoenix Contact y Siemens ya han implementado una interfaz 
PROFINET en sus dispositivos, proporcionando así un amplio soporte para el protocolo y acceso a 
muchas soluciones de automatización en todos los sectores. 
El establecimiento del probado proceso de certificación garantiza un alto nivel de calidad para los 
productos PROFINET y su interoperabilidad en las plantas. 
2. Aumento del potencial de productividad. 
Para poder fabricar de forma económica, los sistemas de producción deben alcanzar su retorno de la 
inversión (ROI). Para lograrlo, es necesario reducir sustancialmente los costos de desarrollo e 
 
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ingeniería que representan la mayor parte de los costos totales, y simplemente intercambiar las 
soluciones existentes en nuevos conceptos. 
Las estructuras de comunicación dentro de una empresa son, pues, una influencia decisiva para abrir 
nuevas posibilidades de productividad. 
Para los fabricantes, el uso de PROFINET minimiza los costos de instalación, ingeniería y puesta en 
marcha. A su vez, ofrece una fácil expansión de la planta de producción y una alta disponibilidad 
del sistema debido a las unidades de planta que funcionan de forma autónoma y a los bajos 
requisitos de mantenimiento. 
3. Integración con otros bus de campo. 
PROFINET permite la integración de sistemas de bus de campo existentes como PROFIBUS, AS-
Interface, INTERBUS, Foundation Fieldbus y DeviceNet, sin necesidad de modificar los 
dispositivos existentes. 
Características principales de PROFINET 
Con su comunicación integrada basada en Ethernet (todo en un solo cable. ), satisface una amplia 
gama de requisitos, desde la asignación de parámetros de datos intensivos hasta la transmisión 
extremadamente rápida de datos de E/S. De este modo, PROFINET permite la automatización en 
tiempo real. Además, proporciona una interfaz directa con el nivel de TI. 
Instalación flexible y topología de red. 
PROFINET es una red «conmutada» con una velocidad de transmisión de 100 Mbps cuando hay 
una conexión full dúplex. Es 100% compatible con Ethernet según los estándares del IEEE y se 
adapta a las circunstancias de la planta existente, gracias a sus estructuras flexibles de línea, anillo y 
estrella y a sus soluciones de cable de cobre y fibra óptica. 
Este tipo de redes de comunicación industrial son capaces de adaptarse a las demandas de 
comunicación de la aplicación. De la misma manera, permite el ahorro de costosas soluciones 
personalizadas y permite la comunicación inalámbrica con WLAN y Bluetooth. 
Escalable en tiempo real. 
La comunicación tiene lugar a través del mismo cable en todas las aplicaciones, desde tareas de 
control sencillas hasta aplicaciones de controlde movimiento muy exigentes. Para tareas de control 
de alta precisión en bucle cerrado, es posible la transmisión de datos de proceso críticos para el 
tiempo con una fluctuación de 1µs. 
Alta disponibilidad. 
PROFINET integra soluciones de redundancia de reacción automática y conceptos de diagnóstico 
inteligentes. La transmisión de datos de diagnóstico acíclico proporciona información importante 
sobre el estado de la red y los dispositivos, incluyendo una visualización de la topología de la red. 
Los conceptos definidos para la redundancia de medios y sistemas aumentan significativamente la 
disponibilidad de la planta. 
 
 
 
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Seguridad integrada. 
La probada tecnología de seguridad PROFIsafe de PROFIBUS también está disponible en 
PROFINET. La posibilidad de utilizar el mismo cable para la comunicación estándar y la 
relacionada con la seguridad ahorra en dispositivos, ingeniería y configuración. 
Continúa el desarrollo de PROFINET. 
Desde su introducción en 2004, la tecnología PROFINET ha sido utilizada por numerosas empresas 
en todos los sectores industriales, ya sea en combinación con un sistema de bus de campo como 
INTERBUS o como solución independiente. 
Además de las ventajas tecnológicas, este desarrollo se basa en el hecho de que cada vez más 
fabricantes de dispositivos están instalando en sus productos una interfaz correspondiente, que 
ofrece más, o una selección y precios más baratos. 
Cómo funciona PROFINET 
PROFINET funciona con cable Ethernet de cobre, cable de fibra óptica (FO), cable de alimentación 
a través de Ethernet (PoE) e inalámbrico. Los componentes disponibles para su infraestructura 
dependen de la dureza del entorno y de si se utiliza o no PROFINET IRT. 
PROFINET intercambia datos de forma rápida y precisa. Las velocidades requeridas varían según la 
aplicación; los instrumentos de proceso se actualizan en cientos de milisegundos, los dispositivos de 
fábrica proporcionan actualizaciones más rápidas (<10milisegundos), y la sincronización del control 
de movimiento es más eficiente. 
Este protocolo de comunicación tiene que trabajar en varios entornos distintos, desde la oficina 
principal, a la sala de control, hasta la planta de la fábrica. Como se puede suponer, el entorno de la 
oficina principal no presenta dificultades en lo que respecta a las comunicaciones electrónicas; los 
componentes estándar de Ethernet suelen funcionar bien aquí. La sala de control y los entornos de 
la planta de producción son mucho más difíciles para las comunicaciones. 
Allí, las complicaciones como la compatibilidad electromagnética, las interferencias, el estrés 
mecánico y las vibraciones pueden añadir cada una su propia versión de dificultad a la estabilidad 
de la red. 
Componentes de PROFINET 
Una red PROFINET puede ser una combinación de múltiples estaciones de trabajo que van desde 
dispositivos de E/S digitales hasta actuadores neumáticos, escáneres, sensores, sistemas de visión, 
entre otros. 
Dentro de esta extensa red, todos los componentes de PROFINET trabajan dentro de tres funciones 
diferentes. Estas tres funciones se distinguen entre controladores, dispositivos, y supervisores y 
en la forma en que interactúan entre ellos. 
 
 
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Roles del nodo PROFINET 
PROFINET clasifica los dispositivos en tres tipos: controladores, dispositivos y supervisores. 
• Los controladores son dispositivos que ejecutan un programa de automatización e 
intercambian datos con los dispositivos. 
• Los dispositivos son sensores/actuadores conectados al controlador a través de Ethernet. 
• Los supervisores son un HMI, un PC u otros dispositivos de puesta en marcha, monitoreo 
o análisis de diagnóstico. 
Los controladores asignan los datos a los dispositivos PROFINET y a la imagen de proceso del 
controlador. En los autómatas programables S7 de Siemens, los datos de E/S, las alarmas y los 
datos de estado se mapean en la imagen de proceso de forma muy parecida a como se hace en los 
dispositivos PROFIBUS. 
Estos valores de datos están entonces disponibles para su uso por el programa de control. Los 
controladores deben soportar los siguientes tipos de servicios: 
• Intercambio de datos cíclico: el intercambio de datos entre los controladores y los 
dispositivos. 
• Intercambio de datos acíclicos: el intercambio de datos de configuración y diagnóstico 
• Alarmas: intercambio de datos de alarma de un dispositivo a un controlador. 
• Gestión del contexto: procesamiento de la conexión 
Los supervisores se utilizan para la puesta en marcha y la recopilación de datos de diagnóstico. 
Pueden leer y escribir datos de diagnóstico internos o datos de diagnóstico proporcionados por el 
programa de aplicación de un dispositivo. 
 
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También, pueden leer y escribir datos de configuración, utilizando servicios especiales con datos de 
registro no cíclico. Este tipo de dispositivos sólo pueden utilizarse durante el proceso de puesta en 
marcha o pueden utilizarse como HMI para mostrar los datos de diagnóstico al usuario final. 
Un sistema PROFINET requiere al menos un controlador y un dispositivo. Los sistemas pueden 
configurarse en varias configuraciones: varios controladores de E/S para un solo dispositivo de E/S, 
un solo controlador de E/S para varios dispositivos de E/S y varios controladores de E/S con varios 
dispositivos de E/S. 
Ventajas de PROFINET 
• Alta velocidad: capacidad de desplegar miles de nodos con actualizaciones de 1ms. 
• Amplia difusión: tiene la mayor base de instalación de cualquier Ethernet Industrial y está 
creciendo rápidamente. 
• Diagnósticos avanzados: proporciona diagnósticos a nivel de dispositivo, módulo y canal. 
Los protocolos Ethernet como el Simple Network Management Protocol (SNMP) se 
utilizan para extraer datos de los conmutadores Ethernet. 
• Apoyo de la comunidad de usuarios: muchos expertos de PROFINET, un activo comité 
técnico/grupo de trabajo y asociaciones de proveedores en colaboración. 
• Facilidad de instalación. 
• Tiempo mínimo de puesta en marcha y apoyo de ingeniería.