Publicado por Juan Carlos Bahillo, Responsable de Automatización Avanzada

La personalización masiva, la excelencia operativa y la inteligencia de negocio están cambiando el modo en que se fabrican los productos actualmente en cualquier fabrica del mundo. Para poder competir, los fabricantes necesitan que sus máquinas y líneas de producción sean cada vez más flexibles, versátiles, escalables y por supuesto rentables. La máxima capacidad de adaptación, el mayor rendimiento y la reducción de los tiempos de inactividad son los requisitos más comunes de los fabricantes de cara a la Industria 4.0.

La comunicación por cable en diferentes protocolos ha sido durante mucho tiempo la única opción viable para la comunicación en la planta de producción. Su fiabilidad inherente y su baja latencia han llevado a los fabricantes a utilizarla tanto para el control de las máquinas como para su supervisión.

Sin embargo, los cables limitan la flexibilidad y agilidad de las máquinas, pueden provocar paradas imprevistas debido al desgaste y son difíciles de mantener. En muchas ocasiones, la comunicación por cable ni siquiera es viable cuando se trata de movimientos rápidos o de rotación.

Las tecnologías inalámbricas tradicionales como WLAN (WiFi), Zigbee y Bluetooth, se quedan cortas a la hora de cumplir los estrictos requisitos industriales de fiabilidad, latencia y escalabilidad y por lo tanto no son prácticos para su uso.

La Industria 4.0 necesita una solución alternativa que proporcione una comunicación inalámbrica inteligente, sencilla, de bajo coste y de calidad industrial, desde el nivel de dispositivo (sensor, actuador) a través de Ethernet industrial (PLC, PC industrial), hasta llegar a las aplicaciones de IIoT y el Cloud empresarial.

IO LINK WIRELESS – Un estándar global para la comunicación inalámbrica en la automatización industrial

IO Link Wireless fue desarrollado como un estándar global de comunicaciones diseñado para sustituir el cableado en el control y monitorización de sensores y actuadores en la automatización de fábricas.

Basado en el estándar de IO Link IEC 61131-9 es una ampliación de la tecnología IO Link ya establecida y utilizada. De forma similar al protocolo original de IO Link , la tecnología   IO Link Wireless ofrece una alta fiabilidad , baja latencia , escalabilidad ,  comunicación determinista ,  capacidad de alta densidad de clientes y robustez , todo ello en un formato inalámbrico. Está especialmente indicado para satisfacer las exigencias de la Industria 4.0 y ya la están implantando algunos de los mayores fabricantes de máquinas del mundo.

IO-Link Wireless mejora la conectividad a nivel de planta independiente del proveedor y sin cables. Amplifica las ventajas de IO Link ofreciendo:

- Un único protocolo de comunicación inalámbrica para el control y la supervisión.

- Admite muchas opciones y sistemas novedosos (control y detección inalámbricos en sistemas de transporte avanzados, mesas giratorias, carruseles, herramientas inteligentes inalámbricas, dispositivos inalámbricos de manipulación para robótica, etc.).

- Implantación sencilla y rentable, tanto en retrofitting de instalaciones existentes como en nuevos proyectos.

- Flexibilidad y modularidad mejorada.

Comunicación inalámbrica industrial de alto rendimiento

Lograr una comunicación inalámbrica de alto rendimiento en entornos de alta complejidad requiere una amplia gama de consideraciones de diseño:

FIABILIDAD

La tecnología inalámbrica IO-Link ofrece un nivel de rendimiento de 1e-9 (10^-9­­ ) de tasa de error de paquetes  -  Packet Error Rate (PER). En comparación, es 6 órdenes de magnitud (un millón de veces) más fiable que otros estándares inalámbricos como Wi-Fi, Bluetooth y Zigbee, que demuestran un PER de 1e-3 (10^-3).

Esto se consigue gracias a un mecanismo de repetición que se utiliza para la transmisión crítica en IO-Link Wireless. Para garantizar una baja latencia, este mecanismo se implementa de forma automática y está controlado por la capa física del sistema de radio. IO-Link Wireless también utiliza la modulación Gaussian Frequency Shift Keying (GFSK), que es una modulación extremadamente robusta para hacer frente a las interferencias y el ruido.

DETERMINISMO

El protocolo IO Link Wireless se diseñó como un protocolo determinista con la garantía de que cada paquete de datos se entrega con un retardo limitado de tiempo. La estructura del ciclo IO-Link Wireless está estrictamente definida, con una limitación del número máximo de dispositivos inalámbricos por cada IO-Link Wireless Master.

Los datos críticos se transmiten periódicamente de forma determinista. Los atributos deterministas de IO-Link Wireless garantizan las propiedades predecibles de la red y permiten algoritmos que no pueden aplicarse de forma similar con protocolos no deterministas como Wi-Fi o Bluetooth.

BAJA LATENCIA

IO-Link Wireless proporciona una latencia determinista de 5ms con 40 nodos (sensores, actuadores, o hubs de E/S) por cada maestro Wireless. Cada ciclo de 5ms de IO Link Wireless  se compone de 3 subciclos cada uno con una duración de 1,6ms. Cada subciclo se transmite en una frecuencia diferente. Los subciclos incluyen una porción de enlace descendente que el maestro inalámbrico transmite a todos los dispositivos inalámbricos en cada pista, y una porción de enlace ascendente que es un mensaje de multiplexación temporal de trama única enviado al maestro desde los dispositivos según una franja de tiempo predefinida.

COEXISTENCIA

IO-Link Wireless está diseñado para coexistir con otras redes inalámbricas y otras  posibles interferencias mediante mecanismos como el bloqueo y el salto de frecuencias adaptativo. La lista negra es un mecanismo diseñado para evitar posibles colisiones aéreas con otros sistemas inalámbricos como el Wi-Fi. El salto de frecuencia se utiliza para garantizar un rendimiento adecuado de los componentes del sistema IO-Link Wireless y para reducir el impacto de las interferencias. El salto de frecuencias alterna los canales de frecuencia de cada transmisión como medida para mejorar la interferencia, lo que da como resultado un PER de 1e-9 (10^-9) que está a la par con las conexiones cableadas.

Un único IO-Link Wireless Master puede soportar hasta 40 dispositivos esclavos IO-Link Wireless. Cada maestro está dividido en cinco pistas. Cada pista de un maestro inalámbrico admite hasta 8 dispositivos inalámbricos IO-Link. Las pistas de cada maestro inalámbrico se comunican simultáneamente en diferentes frecuencias, lo que permite una utilización óptima de la red. Además, varios maestros de IO Link Wireless pueden coexistir en el mismo espacio aéreo.

INTEROPERABILIDAD

La interoperabilidad es crítica cuando se añaden capacidades inalámbricas a dispositivos antiguos o a cualquier dispositivo que no disponga de capacidades inalámbricas. IO-Link Wireless utiliza los métodos y herramientas de integración de IO-Link, lo que supone una ventaja significativa para los integradores de sistemas y el personal de mantenimiento. Además de ser compatible con los dispositivos IO-Link disponibles en el mercado, la tecnología también es compatible con una amplia gama de otros dispositivos digitales y/o analógicos.

Conclusión

La revolución de la industria 4.0 es inevitable: no hay otra forma de que los fabricantes satisfagan las cambiantes demandas del mercado y la cada vez más compleja cadena de suministro global y el mercado laboral. La automatización total es un componente clave de la transición a la industria 4.0, pero introduce nuevos escenarios de comunicación que requieren una capacidad de conexión inalámbrica adaptada al espacio industrial. Las comunicaciones inalámbricas existentes se quedan cortas porque no pueden controlar y supervisar la maquinaria de producción, y no cumplen las normas industriales de latencia, fiabilidad y escalabilidad.

IO-Link Wireless, un estándar mundial basado en el omnipresente estándar de comunicación por cable IO-Link para la automatización de fábricas, satisface plenamente los requisitos de los nuevos escenarios de comunicación de hoy en día. Proporciona una solución probada tanto para máquinas nuevas como para la modernización de equipos existentes, y cumple los estándares de latencia y fiabilidad tanto para la supervisión como para el control.

BAJA LATENCIA: 1,6ms (ciclo de 5ms con 3 repeticiones)

ESCALABLE: Hasta 40 dispositivos por cada maestro

FIABLE: 10^-9 de tasa de error de paquetes (PER) , 6 veces mas fiable que otros protocolos inalámbricos, determinista

COMPATIBLE: compatible con IO Link

RENTABLE: reduce costes de mantenimiento y de cableado

CONFIGURACION SENCILLA: fácil instalación y configuración

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