Así como nuestros hogares y oficinas están cada día más conectados, también lo están las instalaciones de producción y otras ubicaciones industriales. El cableado y los conectores rápidos y confiables ayudan a garantizar la eficiencia de la producción y la entrega a tiempo. Este artículo de Bel explora los pros y los contras de los tipos de conectores Ethernet utilizados en aplicaciones industriales.
El crecimiento en la adopción de Ethernet como protocolo de comunicaciones industriales ha jugado un papel clave en esta evolución de la fábrica inteligente. Inicialmente restringido a los niveles de control e información de la fábrica, el IEEE ha ratificado una serie de extensiones del protocolo IEEE 802.3 original, lo que permite que Ethernet admita los requisitos deterministas de los procesos industriales. Desde entonces, estas extensiones se han convertido en estándares abiertos, ampliamente implementados dentro de la industria y que permiten un crecimiento exponencial en la implementación de Ethernet en entornos industriales.
Consideraciones de diseño para Ethernet industrial
Ethernet se está convirtiendo rápidamente en la tecnología de red predominante dentro del entorno industrial, con una serie de subestándares IEEE 802 Ethernet recientes que cubren los mecanismos necesarios para respaldar la comunicación en tiempo real. Con el creciente número de sistemas de fábrica que utilizan equipos Ethernet, los diseñadores deben asegurarse de que los módulos de red puedan sobrevivir a las duras condiciones del entorno de la fábrica. Al escoger los componentes, se deben tener en cuenta factores como la resistencia, el rango de temperatura de funcionamiento, el polvo, el ruido eléctrico y la vibración. El omnipresente conector RJ45, que durante muchos años fue el pilar del cableado de red, sigue siendo la solución de conector preferida en el entorno de fábrica y este artículo analiza algunos de los factores que se deben tener en cuenta al incorporar estos conectores en los sistemas de fábrica.
Cambios de Ethernet en entornos industriales
El esfuerzo continuo por mejorar la productividad y el rendimiento de los activos ha generado un crecimiento año tras año en los niveles de automatización de fábrica y una proliferación de dispositivos conectados. La implementación de sistemas robóticos está aumentando rápidamente y su uso está pasando de la línea de montaje tradicional a aplicaciones más pequeñas y flexibles, incluidos espacios de trabajo colaborativos, donde el operador humano y el robot trabajan juntos. Este aumento en los niveles de automatización se ha visto facilitado por el desarrollo de una serie de estándares comunes, que fomentan el desarrollo de sistemas abiertos y garantizan la interoperabilidad de una gama más amplia de dispositivos de diferentes fabricantes.
El crecimiento en la adopción de Ethernet como protocolo de comunicaciones industriales ha jugado un papel clave en esta evolución de la fábrica inteligente. Inicialmente restringido a los niveles de control e información de la fábrica, el IEEE ha ratificado una serie de extensiones del protocolo IEEE 802.3 original, lo que permite que Ethernet admita los requisitos deterministas de los procesos industriales. Desde entonces, estas extensiones se han convertido en estándares abiertos, ampliamente implementados dentro de la industria y que permiten un crecimiento exponencial en la implementación de Ethernet en entornos industriales.
La evolución continua de Ethernet
El protocolo Ethernet abarca la capa 1 (física) y la capa 2 (enlace de datos) del modelo de capas OSI y describe cómo los dispositivos de red pueden formatear datos para su transmisión a otros dispositivos de red en el mismo segmento de red y cómo colocar esos datos en la conexión de red. Inicialmente diseñada para funcionar con cables coaxiales, una LAN Ethernet típica ahora usa grados especiales de cables de par trenzado o cableado de fibra óptica. Los estándares de Ethernet están en constante evolución para adoptar nuevos medios, mayores velocidades de transmisión, y cambios en el contenido de los marcos y requisitos funcionales, como 802.3af, que define la alimentación a través de Ethernet [POE, por sus siglas en inglés].
El sistema Ethernet más comúnmente instalado en el entorno industrial es 100 BASE-T ("BASE-T" significa uso de cableado de par trenzado), que proporciona velocidades de transmisión de hasta 100 megabits por segundo (Mbps). Gigabit Ethernet proporciona velocidades de 1000 Mbps (1 gigabit o mil millones de bits por segundo) y 10 GbE, o 10 Gigabit Ethernet, proporciona hasta 10 Gbps. Se desarrollan constantemente velocidades más altas para su estandarización.
PHY es una abreviatura de la capa física del modelo OSI y se refiere a los circuitos necesarios para implementar las funciones de la capa física. Ethernet PHY es un componente que implementa la porción de capa física de Ethernet de los estándares 1000BASE-T, 100BASE-TX y 10BASE-T, y la funcionalidad PHY generalmente se implementa en un chip que interactúa entre el dominio analógico de la modulación de línea de Ethernet y el dominio digital de la señalización de paquetes de la capa de enlace. La figura 1 ofrece una descripción general de la funcionalidad implementada por un dispositivo PHY.
Figura 1: Conexión PHY Ethernet con MAC y medio físico
En la Figura 1, se puede ver que hay otros dos componentes importantes que conforman la funcionalidad PHY de Ethernet. "Magnetics" es un circuito analógico diseñado para cumplir con los requisitos de interfaz eléctrica de las especificaciones IEEE 802.3 10/100/1000BASE-T, lo que permite que diferentes nodos de la red Ethernet se conecten a largas distancias. Magnetics aborda los requisitos clave de interfaz eléctrica, lo que incluye el aislamiento eléctrico, el equilibrio de señal, el rechazo de modo común, la adaptación de impedancia y la mejora de la compatibilidad electromagnética. El conector RJ45, un 8P8C de ocho posiciones de bajo costo, ha sido durante mucho tiempo el pilar de la conectividad Ethernet y se encuentra en todos los cables Ethernet en uso actualmente. Por lo tanto, cualquier placa PHY debe incluir un conector RJ45 adecuado.
Apoyando la demanda de ICM en el mercado de Ethernet industrial
Hoy en día, muchos fabricantes de conectores ofrecen módulos de conectores integrados (ICM, por sus siglas en inglés), en los que los circuitos magnéticos están integrados en el bloque de conectores tipo RJ45. El uso de ICM en el diseño de una placa PHY ofrece una serie de ventajas, entre ellas, una menor cantidad de componentes (lo que a su vez genera menores costos de producción y ensamblaje), un blindaje EMC potencialmente mejor de las señales sensibles del lado del cable mediante el blindaje metálico y un espacio de PCB más pequeño. Los ICM también permiten que el diseño del módulo PHY sea completamente en el dominio digital, con los circuitos analógicos empaquetados dentro del conector.
Como el inventor y mayor proveedor de módulos de conectores integrados (ICM), Bel Magnetic Solutions, una empresa del grupo Bel, ofrece una amplia gama de dispositivos magnéticos para aplicaciones de comunicación, industriales y comerciales. El amplio portafolio de Bel incluye 3 productos ICM que están específicamente dirigidos al mercado de Ethernet industrial, donde se requieren conexiones confiables y de bajo costo en entornos hostiles, con temperaturas de operación entre -40°C y +85°C. Los ICM son adecuados para diversas aplicaciones, incluidos controladores Ethernet industriales, tableros de control de máquinas, controles de iluminación Ethernet, puntos de acceso inalámbricos industriales y unidades de visualización de video industriales; se resumen en la Tabla 1 a continuación.
| Número de pieza | Descripción |
| 2250015-1 | 1G, nPOE, pestaña hacia arriba |
| 2250056-1 | 10/100, PoE, pestaña hacia arriba |
| 2250066-1 | 10/100, nPOE, pestaña hacia arriba |
Tabla 1: ICM BEL TRP para aplicaciones Ethernet industriales
Compatibles con todos los principales PHY 10/100Base-T y 1GBase-T, estos ICM son pequeños, fáciles de usar y están diseñados para soportar el estrés y la tensión de la vida en fábrica. Los conectores son duraderos y tienen una larga vida útil, garantizan tasas de fallo extremadamente bajas y pueden funcionar entre -40 °C y 85 °C. Las opciones de compatibilidad con reflujo IR y empaquetado en cinta y carrete admiten la inserción automática en las PCB, lo que reduce aún más los costos de producción del módulo.
Figura 2: ICM BEL MagJack®
Líder en soluciones ICM
A medida que Ethernet se convierte en el protocolo de comunicaciones dominante en la fábrica, cada vez más máquinas industriales, incluida una amplia gama de sistemas robóticos, deben conectarse a redes Ethernet. Los diseñadores de dispositivos de red con especificaciones industriales, como controladores Ethernet industriales y placas de control de máquinas, deben escoger los componentes con cuidado, teniendo en cuenta aspectos clave como la resistencia, el ciclo de vida y el costo. Los módulos ICM desempeñan un papel fundamental a la hora de garantizar una conectividad duradera y confiable en entornos hostiles; estos conectores no solo deben proporcionar la durabilidad mecánica necesaria, sino que su rendimiento eléctrico también es fundamental en el entorno hostil y ruidoso de las fábricas.
Explora la variedad de soluciones Ethernet de Bel
Bel Magnetic Solutions ofrece una extensa línea de módulos de conectores integrados (ICM), donde la solución magnética de Ethernet está integrada en un paquete de conectores. La línea de productos ICM cubre todas las aplicaciones Ethernet existentes en el mercado actual. Nuestros productos incluyen una de las gamas más amplias de soluciones basadas en tecnología magnética para redes y aplicaciones informáticas de alta velocidad. Los ICM cubren una variedad de velocidades y tecnologías de Ethernet desde 10/100Base-T, 1GBase-T, 10GBase-T y alimentación a través de Ethernet (PoE, por sus siglas en inglés).