Qué hace tan diferentes a los entornos industriales
Los mayores problemas en Ethernet industrial provienen de los peligros a los que las redes se exponen. Dos factores fomentan estos peligros: la ausencia de climatización y la presencia de otros equipos eléctricos. Mientras que la red en una oficina o un centro de datos está protegida ante los elementos de la naturaleza mediante sistemas de aire acondicionado y sombra, la mayoría de entornos no disponen de este control. El exceso de calor o humedad, por ejemplo, puede influir en los medios de transmisión. El cable de par trenzado, comúnmente usado en redes de oficina, se puede deteriorar tras al exposición prolongada a la luz de sol. La interferencia electromagnética (EMI) generada por equipos eléctricos causa ruido que impide el tráfico de red. Los conectores RJ-45, los “pilares” de las redes corporativas no están diseñados para operar largos periodos de tiempo con calor excesivo o estrés y sus contactos se pueden corroer y fomentar la rotura de etiquetas.

Las distancias sobre las que la señal se debe transmitir es otra diferencia notable. El cable Ethernet Industrial puede necesitar unos cuatrocientos metros en grandes plantas y se sitúa alrededor de peligros (máquina a máquina y conmutador a conmutador). El cable de par trenzado, usado en oficinas, tiene una distancia máxima de cien metros. Aunque esta especificación se originó para separar las transmisiones de usuario y prevenir colisiones, las actuales limitaciones de distancia son el resultado de la transmisión eléctrica.
Las tarjetas de Interface de red (NIC) también han sido desarrolladas para cien metros. Más allá de esta distancia, se requiere potencia extra y puede generar ruido que interfiere en la transmisión de datos. La fibra multimodo es suficiente para hasta dos kilómetros. Para recorridos de entre dos y tres kilómetros, se necesita cable de fibra óptica monomodo. Además, el cable de fibra óptica posee sus propios requerimientos. El diámetro de una fibra monomodo es menor que un glóbulo rojo. Las huellas o incluso las partículas de polvo en el aire se pueden quedar en terminación de fibra óptica, provocando reflexión e inhibiendo la transmisión de señal.
Por último, algo tan básico como la electricidad puede afectar a una instalación Ethernet. Los componentes Ethernet para oficinas no pueden funcionar en un entorno industrial alimentado por 24 o 48 V. Probablemente, se necesitarán componentes de tipo industrial.

Una diferencia en la naturaleza del trabajo: la necesidad de determinismo
En el entorno industrial, la naturaleza del trabajo realizado y las funciones de los dispositivos son muy diferentes a una red ofimática. El tráfico perdido toma mucho mayor significado en entornos industriales. En muchas redes de oficina no hay tantos inconvenientes si se pierden datos, ya que hay varios modos de compensar los paquetes perdidos. Al menos, un usuario puede reenviar un fichero de datos que ha sido corrompido en la transmisión. Si la red de oficina funciona un poco despacio es algo molesto que tiene impacto en la productividad del personal, pero se puede trabajar en ella.
En el mundo industrial de producción con elevada velocidad y procesos precisos, la entrega correcta y a tiempo de las comunicaciones es extremadamente importante. Un paquete de datos podría contener una advertencia de exceso de calor e incluso incendio o un comando para poner en marcha el sistema de refrigeración. Los paquetes corrompidos, perdidos o a destiempo, tanto por rapidez como por lentitud, causan graves consecuencias: errores de producción, reducción de rendimiento, aumento de residuos e incremento de periodos de inactividad. Todo esto se traduce en mayores costes.
Por estos motivos, Ethernet industrial debe ser ‘determinista’, lo que implica que la red debe garantizar que un evento se producirá en un periodo de tiempo especificado. Esto no es la norma en entornos corporativos y hubo una etapa en la que esto tampoco sucedía en el mundo industrial. Ahora se ha convertido en una obligación.

Conocer los estándares y los ratios Ethernet
El conocimiento de algunos de los estándares y ratios Ethernet que han evolucionado con el paso de los años puede ayudar en el diseño de redes más robustas y fuertes.

Clasificar las condiciones ambientales con las tablas MICE
Para describir las posibles condiciones ambientales en zonas industriales, la Asociación de Infraestructura de Telecomunicaciones (TIA) ha creado las tablas ‘Mecánicas, de Ingreso, Climá-ticas/Químicas y Electromagnéticas’ (MICE). El Nivel 1 describe un entorno típico de oficina; el Nivel 2 muestra unas condiciones algo más adversas; y el Nivel 3 presenta un entorno industrial pesado.

Aproximadamente el ochenta por ciento de los entornos se corresponden con las tablas MICE, exceptuando solamente aquellos más extremos o especializados. La sección Mecánica de cada tabla ofrece valores para choque / golpe, vibración, tensión, aplastamiento, impacto y curvatura. Ingreso especifica el tamaño de partículas (polvo). La sección Clima / Química muestra valores de temperatura, humedad, radiación y polución líquida y gaseosa de los contaminantes industriales más comunes. Finalmente, el apartado Electromagnético ofrece valores específicos para descarga electroestática, radiofrecuencia (RF) radiada y conducida, subida breve de tensión y campo magnético.
Las tablas MICE no constituyen un conjunto de requerimientos para cableado, pero ofrecen un contexto útil para evaluar entornos específicos y seleccionar los sistemas que son compatibles. También hay que tener en cuenta que un mismo cableado puede ser válido para varios entornos MICE. Si se establecen límites, es posible minimizar la necesidad de cableado con ratios altísimos en toda la instalación.
Determinar el grado de protección ofrecida por conectores, dispositivos y otros equipos
Un ratio IP (Índice de Protección) muestra el grado de protección del equipo y siempre se especifica con las letras IP seguidas de dos números. El primer número indica el grado de protección ante cuerpos extraños sólidos, mientras que el segundo representa el grado de impermeabilidad. Un ratio IP55, por ejemplo, demuestra que el dispositivo ofrece protección suficiente ante partículas de polvo y agua sin alterar la operación. Un número superior como IP68 indica que el dispositivo es a prueba de polvo y se puede sumergir en el agua sin efectos adversos.
El conector RJ-45, normalmente empleado en cable de parcheo, carece de ratio IP, ya que no ha sido diseñado para ofrecer protección ante el polvo o ser totalmente impermeable. El cable Ethernet para entornos adversos requerirá conectores RJ-45 especialmente desarrollados con sellado de protección o tendrá que decantarse por otro tipo de conectores, como M-12. Con un ratio IP68, las unidades M-12 ofrecen los mismos niveles de protección física ante sólidos y líquidos. Las aplicaciones de la industria farmacéutica son un buen ejemplo de necesidad no sólo de conectores con elevado ratio IP, sino también cierres de equipo con alto número IP.

Aprender del ejemplo de los demás
La red
El mayor error que se plantea en la instalación de redes industriales es pensar que la red ofimática se puede emplear en un centro de producción. No se desea que el tráfico variable y los esquemas de direcciones de la red corporativa interfieran en la naturaleza consistente, estructurada y menos variable de una red de producción. El tráfico corporativo puede ralentizar el tráfico de producción y hacer peligrar la naturaleza determinista de la red industrial.
Un VLAN (Red de Área Local Virtual) es una forma de segmentar el tráfico de red. Las redes corporativas y de producción se pueden comunicar entre ellas, pero no pueden compartir las ‘vías’ de la otra. Es similar a pensar en dos autopistas con un túnel que ofrece acceso entre las dos.
El segundo error es tratar de ahorrar dinero al adquirir switches Ethernet ‘office-carrier’. Los entornos industriales necesitan switches ‘industrial-rated’, ya que han sido diseñados para soportar los rigores del mundo industrial y ayudan a que la red será más eficiente. En producción, es esencial tomar información desde un punto A hasta un punto B de forma fiable. El resultado final del escaso rendimiento de red en una oficina suele ser el recorte de prestaciones en los PC de usuario. En la planta de producción, la diferencia entre una comunicación que es enviada en cuatro o seis segundos podría ser la distinción entre un trabajo en línea de elevada velocidad y otro que no lo es. O, en una planta de planchas de metal, puede determinar si el material se corta con la longitud correcta.
El flujo apropiado de información mantiene la velocidad adecuada y una temperatura constante que se extiende sobre unos 43 metros.

Señales eléctricas
Los dispositivos de red, como switches, pueden verse alterados por los mismos problemas que afectan al cableado. Los entornos eléctricos adversos pueden causar transitorios, interrupciones y descargas estáticas. La humedad extrema y los cambios de temperatura, la vibración y una entrega eléctrica inconsistente o ineficaz pueden perturbar la señalización. Los dispositivos con un ratio IP apropiado pueden mitigar muchos de estos problemas.

Cableado de infraestructuras: proteger al cable de exposiciones a riesgos y peligros
En un centro de datos típico, probablemente encontremos un servidor con cables de par trenzado sin revestimiento que cuelgan por la parte trasera y van hacia el techo; y esto es perfectamente correcto. En un entorno industrial, sin embargo, los cables necesitan estar protegidos con cubiertas plásticas o metálicas. También es aceptable que Ethernet recorra el techo en bandejas abiertas. Pero cuando aquellos cables alcanzan la pared o cualquier lugar en el que puedan entrar en contacto con agua, calentarse o ser golpeado requieren una cubierta.
También hay que pensar en la protección EMI. Por ejemplo, una máquina podría estar llenando botellas y otra introduciéndolas en cajas. La línea Ethernet necesita estar separada y protegida del campo EMI generado por maquinaria, cables, motores y transformadores. El excesivo ruido electrónico también interferirá con las señales. Esto se suele manifestar con determinados errores de red fácilmente reconocibles e indica que el frame transmitido se ha corrompido en algún lugar del camino.
¿Qué se puede hacer? El cableado UTP (par trenzado no apantallado) es por naturaleza inmune a niveles más bajos de EMI. Para niveles superiores, es preferible optar por cables de par trenzado apantallado (STP – también conocido como CAT 5). E, incluso, si se desea disponer de la máxima protección,
la mejor elección es la fibra óptica, que es inmune a EMI.
El uso de un cable con ratios altos no es la única solución para entornos adversos. Hay que complementarlo con una combinación de separación, aislamiento y estrategia. Por ejemplo, cuando existe el riesgo de vertido de líquidos, la separación se realiza mediante bandejas de cable, mientras que el aislamiento se consigue con cubiertas metálicas que solventan el ruido EMI.
Al operar en entornos adversos, se deben tomar medidas preventivas como reemplazar regularmente cordones de parcheo y conectores para evitar periodos de inactividad. Estableciendo y documentando la base de la red y realizando tareas de mantenimiento preventivo no se garantiza una operación de red fiable. A esto hay que añadir la máxima rapidez en la localización y la resolución de problemas con la ayuda de las herramientas apropiadas.

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Autor:
Dpto. Técnico de Fluke Networks