El nuevo estándar 10BASE-T1L

La comunicación de datos entre varios dispositivos es esencial en muchos aspectos de la vida diaria. La proliferación de dispositivos y el aumento dramático en los volúmenes de datos impulsados por la digitalización e Industria 4.0 están forzando cambios en el panorama de la comunicación. En este artículo, obtenga una mirada profunda al estándar 10BASE-T1L para ethernet industrial de 2 hilos, incluyendo conectividad, hardware, alimentación y más.

Introducción

La comunicación de datos está adquiriendo un papel cada vez más importante, no solo en el sector industrial sino también en la automatización de procesos. Las aplicaciones anteriores de 4 mA a 20 mA o Fieldbus están alcanzando sus límites debido a los crecientes volúmenes de datos, y Ethernet se está cristalizando como el estándar de comunicación. La solución estándar de Ethernet de 4 hilos ha evolucionado a una solución de 2 hilos conocida como 10BASE-T1L, que consiste en un solo par de cables trenzados o Ethernet de par único (SPE). Por encima de la capa física, 10BASE-T1L es compatible con las tecnologías existentes de Ethernet Industrial con 100 Mbps o 1000 Mbps y, por lo tanto, es un complemento.
 
10BASE-T1L está siendo estandarizado especialmente en la automatización de procesos y tiene el potencial de efectuar cambios radicales en esta área. Precisamente aquí, hasta ahora, los sensores y actuadores normalmente han estado conectados a través de una interfaz analógica de 4 mA a 20 mA o un Fieldbus. En la automatización de procesos, a diferencia de la ingeniería mecánica o la automatización de plantas, estos sensores y actuadores suelen estar a cierta distancia del sistema de control o los sistemas de E/S remotos. Son comunes las distancias de 200 m a 1000 m o más.

¿Qué significa 10BASE-T1L?

El nombre 10BASE-T1L explica aproximadamente su significado. Aquí se utilizan las abreviaturas del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE).
 
El “10” en el tipo de medio hace referencia a una tasa de transmisión de 10 Mbps. “BASE” se refiere a señales de banda base, lo que significa que solo señales Ethernet pueden ser transportadas sobre el medio. “T” significa “par trenzado.” El dígito “1” representa un rango de 1 km. En este caso, está seguido por una “L” de “largo alcance,” lo que significa que son posibles longitudes de segmento de 1 km y más.

¿Con qué dispositivos y máquinas se puede usar 10BASE-T1L y en qué medida se puede utilizar la infraestructura existente con él?

10BASE-T1L está diseñado para reemplazar la señal estandarizada de 4 mA a 20 mA en muchas, si no la mayoría, de las aplicaciones de automatización de procesos. Sin embargo, esto no significa que los instrumentos de campo más antiguos conectados a través de bucles de corriente de 4 mA a 20 mA tengan que ser reemplazados por instrumentos de campo capaces de 10BASE-T1L. Estos dispositivos convencionales se pueden conectar a través de módulos de E/S configurables por software (SWIO), mientras que las E/S remotas sirven como punto de recopilación para la conexión al PLC con un enlace ascendente Ethernet de 10 Mbps.
 
Los módulos de E/S configurables por software tienen canales de módulo reconfigurables, lo que les permite trabajar de manera rápida, fácil y remota sin requerir un cableado extenso. Los canales se pueden configurar como entrada o salida tanto para corrientes y voltajes, como para digital y analógico.
 
En algunos casos, se requiere que tanto la alimentación para los dispositivos como sus datos se proporcionen a través de 10BASE-T1L, que se define como parte del estándar. 10BASE-T1L admite dos modos de amplitud: 2.4 V para longitudes de cable de hasta 1000 m y 1 V para distancias más cortas de hasta 200 m. A través del modo de amplitud pico a pico de 1.0 V, esta tecnología también se puede utilizar en entornos protegidos contra explosiones (áreas peligrosas) y cumple con los estrictos requisitos de consumo máximo de energía aplicables allí.

¿Cuáles son las ventajas de 10BASE-T1L?

Los dispositivos convencionales de 4 mA a 20 mA con HART® y fieldbus tienen un ancho de banda de datos limitado de solo unos pocos kbps. Con 10BASE-T1L, se pueden alcanzar velocidades de 10 Mbps. Esto hace posible transmitir no solo un valor de proceso sino también parámetros adicionales del dispositivo, como información de configuración y parametrización. En el futuro, las posibles actualizaciones de software para los sensores cada vez más complejos, así como diagnósticos de fallos y de red, como cortocircuitos en la línea hacia el sensor, se realizarán relativamente rápido a través de la línea de datos. La configuración también es más sencilla porque ya no se requieren compuertas ni convertidores con 10BASE-T1L. Con la eliminación de las compuertas, los costos y la complejidad de estas instalaciones antiguas se reducen considerablemente, y las islas de datos creadas por ellas se eliminan.
 
Además, se pueden transmitir potencias más altas a través de la línea de datos. Por ejemplo, se pueden transmitir 500 mW en áreas intrínsecamente seguras (áreas peligrosas) e incluso hasta 60 W en áreas no intrínsecamente seguras.
 
Los estándares de Ethernet como PROFINET, EtherNet/IP, HART-IP, OPC UA o ModbusTCP, y los protocolos IoT como MQTT, pueden permitir la conexión fácil y potente de dispositivos de campo a una nube.

¿Funciona 10BASE-T1L También con Módulos de Conmutador?

Al igual que con Ethernet estándar, con 10BASE-T1L hay puentes que permiten el acoplamiento de varios segmentos de red y dispositivos. Se pueden realizar diferentes topologías de red y usar para suministrar energía a los dispositivos conectados. En la automatización de procesos, los switches a menudo están conectados a controladores, HMIs y la nube. Los switches permiten redundancia de medios en forma de topologías en anillo para aumentar la disponibilidad.
 
En la automatización de procesos, las conexiones a los dispositivos, sensores y actuadores también se llaman espuelas, mientras que las conexiones entre los switches y que llegan hasta el sistema de control se denominan troncos.

¿También puedo implementar la alimentación de los dispositivos a través de los "dos cables"?

El estándar 10BASE-T1L no solo ofrece la comunicación de datos desde sensores y actuadores, sino que también proporciona la posibilidad de suministrarles energía a través de las líneas de señal. Concretamente, 10BASE-T1L puede suministrar hasta 60 W de potencia en áreas no intrínsecamente seguras. En áreas con protección contra explosiones (intrínsecamente seguras), la potencia se limita a 500 mW; en este caso, la amplitud de la señal también se reduce de la de las aplicaciones estándar de 2.4 V a 1 V para cumplir con los estrictos requisitos de máxima energía aplicables allí. Sin embargo, como resultado, solo son posibles distancias de transmisión reducidas en áreas intrínsecamente seguras.

Conclusión

10BASE-T1L proporciona un estándar de comunicación relativamente robusto para la automatización de procesos que ofrece numerosas ventajas sobre las aplicaciones convencionales de 4 mA a 20 mA, incluyendo la posibilidad de reutilizar la infraestructura existente.