A. Javier Barragán Piña

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La aplicación de Ethernet en proyectos de automatización industrial es cada vez más común y debemos conocer una serie de consideraciones para actuar con precisión y no llevarnos sorpresas desagradables. Ethernet es el protocolo por el cual se comunican ordenadores en un entorno de red local, es decir, es el sistema que normalmente se utiliza para comunicar ordenadores entre sí dentro de una industria, y por ello su idoneidad será vital para poder disponer de esos datos que tanto necesitamos. Este protocolo permite compartir la información y manejar completamente un ordenador o cualquier tipo de maquinaria desde otro. Además, podremos compartir el acceso a internet, de forma que con una sola conexión a internet puedan trabajar varios ordenadores. Todo ello ha abierto las puertas a algo fundamental, la disponibilidad de información remota y en tiempo real. Debidamente procesada, la información sobre el funcionamiento de una planta industrial puede estar disponible en cualquier momento y en cualquier sitio.  A continuación explicaremos las aplicaciones más recientes de Ethernet para entornos industriales, así se puede tener la capacidad suficiente como para determinar si esta tecnología es interesante en la aplicación que se requiere, y cómo se puede sacar  el máximo partido.

La enorme disminución en los precios hace que Ethernet se esté extendiendo en los ambientes de fabricación, conectando sensores y otros puntos I/O a módulos cada vez más sofisticados. Ethernet  está permitiendo conseguir aplicaciones que pueden ser descritas en tiempo real. Por ejemplo, Advanced Measurement Inc. usa Ethernet para conectar sensores en remotos campos de Canadá a sistemas que envían los datos a oficinas distantes. La aplicación tiene requerimientos de comunicación de milisegundos y especificaciones ambientales. Las limitaciones de Ethernet no son suficientes para renunciar a su uso ya que es tan barato que compensa todo lo demás, y acaba usándose siempre que sea posible. De hecho Ethernet es la norma en muchas factorías en todo el mundo. Ethernet se usa también cuando se requieren altos niveles de comunicaciones extendiendo la tecnología desde dispositivos tan simples como los sensores. Todos los tipos de buses se están moviendo también a Ethernet.

En solo unos años, Ethernet se ha convertido en el standard de uso industrial, con extensiones en sistemas como Industrial Networks Devicenet, Fieldbus y Profibus. No obstante, hay que tener presente que usar un network comercial para conectar procesos y máquinas puede tener serias implicaciones, ya que en el fondo los profesionales de la fabricación no han hecho más que tomar prestado una tecnología pensada para propósitos comerciales. Por todo ello, el ingeniero que utiliza Ethernet para automatizar una planta, valorando la criticidad de cada proceso, debe considerar si es necesario ampliar el diseño y programación de sistemas de control que incluyan sistemas para asegurar el network. El problema puede ser serio porque los hackers pueden ganar acceso al sistema de control. Esto es especialmente relevante si se utiliza Ethernet en un sistema anti intrusismo. Es decir, el uso de Ethernet convencional en una planta industrial presenta vulnerabilidades de seguridad, por lo que lo primero que debemos saber es si esa vulnerabilidad es crítica o puede ser asumida sin problema. La seguridad ha sido quizás la mayor preocupación de los ingenieros y profesionales de TI desde que se comenzó a utilizar la networks industrial para conectar máquinas, controles de planta y otros dispositivos. Una vez se conecta un cable a un controlador, existe la posibilidad de entrada no autorizada que pueda provocar una situación catastrófica. Ahora, que la mayoría de las networks están conectadas a internet, el potencial de entrada en el sistema se expande al mundo entero, por lo tanto las networks industriales son muy susceptibles de recibir ataques por virus y hackers. Aunque esta amenaza es un problema bien conocido hasta hoy no se han tomado medidas adecuadas al respecto, probablemente porque los ataques hasta ahora son escasos.Cuando la network de una factoría está conectada al mundo exterior, puede ser difícil conocer que virus o intruso ha ido más allá del firewall u otra tecnología de protección. Una forma de averiguar cuando un intruso está probando una network es emplear un honeypot. Estos computadores aislados se colocan sin protección y sin cometido alguno en una network, proporcionando un blanco fácil para los intrusos. La única función de honeypot es controlar actividades sospechosas, ya que cualquier acceso a este PC será una fuente sospechosa. La instalación de un honeypot requiere solamente un PC con Windows. Este PC actuaría como un nodo típico. El principio consiste en colocar un señuelo. Si alguien ataca, podremos saberlo, y tendremos conocimiento del nivel del ataque. Cuando se prueba, el PC respondería como una máquina, lo que ayudaría a asegurar que los intrusos no averiguarán que es un señuelo que alertará a los operadores.

Ethernet, según  el protocolo de control de transmisión (TCP) y el protocolo de internet (IP), es una  tecnología usada ampliamente para comunicaciones controlador a controlador y controlador a servidor. Se usan cada vez más en el segmento de la automatización de entrada/salida (I/O). Una preocupación principal de los ingenieros que quieren usar internet en I/O es el determinismo. Ethernet está basado en la teoría de probabilidades. Los datos son almacenados en paquetes y los paquetes son transmitidos por la network, y sólo son reensamblados cuando llegan a su destino. Si el network está muy ocupado cuando se intenta enviar un paquete, el sistema reintentará enviarlo hasta que encuentre un hueco. Surgen muchas veces problemas en automatización por no habernos planteado estas cuestiones: ¿El paquete estará en el punto I/O en el momento justo para que el dispositivo haga los que está previsto, y en el momento exacto en que está previsto?

Por lo tanto, aunque Ethernet esta cada vez mas implantada en el mundo de la industria, aun ahí ciertos problemas que solucionar y ciertas aplicaciones en las que seria inviable.
A continuación podemos ver algunas de las aplicaciones reales en la que es utilizada Ethernet:
• Sistema de alerta de incendios municipal sobre WAN
Los puestos de control de incendios suelen estar interconectados mediante protocolos basados en RS-232 o RS-485. Es la configuración típica cuando los edificios están diseminados por un gran campus universitario o una ciudad entera.
Casi todas las empresas y organizaciones grandes tienen una red Ethernet entre los edificios. Cuando esta red IP se utiliza para interconectar todos los edificios, se puede utilizar una unidad  para encapsular y transmitir los datos serie por la red. Esta solución hace innecesario disponer de una red dedicada. El adaptador soporta una lista IP que se puede configurar para enviar paquetes  a diferentes subredes aunque la red esté dividida mediante routers.

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• Sistema de control de acceso multiemplazamiento
Se trata de la utilización de la red IP existente para suministrar enlace serie. La mayoría de los sistemas de acceso utilizan transmisión de datos serie y redes dedicadas para cotejar los datos de entrada. Cuando los edificios o las empresas se expanden, necesitan más sistemas de acceso o interconectar los sistemas de acceso múltiples, sobre todo cuando los edificios no están cerca unos de otros.
En lugar de instalar un enlace de comunicación dedicado, la red Ethernet existente se puede ampliar utilizando el router configurado para comunicación TCP. Gracias al software redirector de puertos COM instalado en el PC, que crea un puerto serie virtual, el PC se puede comunicar con múltiples dispositivos serie sin necesidad de actualizar el software de control ni el hardware del PC.

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• Conexión de equipos propietarios a una red SCADA
Uso de TCP/IP en Ethernet para transmitir datos serie.

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• Supervisión y control de
Uso de Ethernet para cubrir grandes distancias.

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• Planta de tratamiento de agua
Red Ethernet en anillo redundante.
Las especificaciones de los equipos de control de una planta de tratamiento de agua exigen una red de comunicaciones fiable y tolerante a fallos.
La planta del ejemplo consta de varios edificios y salas que se utilizan para distintos procesos. Dado que todos los equipos de proceso eran compatibles con Ethernet, la decisión de utilizar el switch Lynx 308 para red en anillo a la hora de crear una red redundante y tolerante a fallos no resultó difícil de tomar. Entre los edificios se instalaron cables de fibra óptica multimodo, ya que el recorrido mayor era de solamente 2 km. La topografía de la planta facilitaba además la instalación de una estructura en anillo. Si se produce un fallo en la fibra óptica o un cable resulta dañado, el sistema de comunicaciones lo detecta automá-ticamente y se recupera del fallo en 20 ms. De ese modo, el sistema de procesos no se ve afectado.

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• Sistema de parada de triple seguridad
Red Ethernet en estrella. En las refinerías de petróleo e instalaciones similares a menudo se emplean sistemas de parada de triple seguridad para evitar fallos en los sistemas de control que pueden resultar desastrosos. Estas complejas estructuras de comunicaciones no deben tener puntos de fallo individuales, por lo que es preciso instalar equipos adicionales que aumenten la protección contra los fallos. En estos casos no se necesita una estructura en anillo redundante, puesto que el sistema ya se ha diseñado con este tipo de redundancia en mente.
Las redes en estrella se utilizan en situaciones en las que la topografía de la instalación solamente permite conducir el cable por determinados puntos, impidiendo la creación de un anillo.

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• Sistema de seguridad en estación de bombeo

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• Comunicaciones Ethernet en un generador eólico

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• Sincronización horaria en plataformas de alta mar

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