Para satisfacer esta creciente demanda, cada vez más fabricantes de dispositivos del Internet de las cosas industrial (IIoT) están recurriendo a la tecnología Power over Ethernet (PoE) como solución preferida, aprovechando su capacidad única para suministrar tanto energía como datos a través de un único cable. Esta convergencia está permitiendo operaciones industriales más inteligentes, flexibles y eficientes, al tiempo que simplifica la implementación y el mantenimiento para los usuarios finales.
Figura 1: Integración de la tecnología operativa y la tecnología de la información en el entorno industrial
¿Qué es la alimentación a través de Ethernet (PoE)?
La alimentación a través de Ethernet (PoE) es una tecnología que permite transmitir simultáneamente energía eléctrica y datos a través de cableado Ethernet estándar. Fue introducida por primera vez por PowerDsine en 1998 y posteriormente adquirida por Microchip Technology. El Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE - Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos) presentó el primer estándar IEEE 802.3af en 2003. El PoE se desarrolló inicialmente para alimentar dispositivos como teléfonos IP y puntos de acceso inalámbricos sin necesidad de fuentes de alimentación independientes. Desde entonces, los estándares PoE han evolucionado hasta incluir los IEEE 802.3 af/at/bt, que admiten niveles de potencia más altos y una gama más amplia de dispositivos, lo que lo convierte en una tecnología fundamental para las redes modernas, incluidas la automatización industrial y las implementaciones de IIoT.
¿Por qué los fabricantes de IIoT están recurriendo al PoE?
Para los fabricantes de dispositivos de IIoT, el PoE ofrece una serie de ventajas muy atractivas. El PoE simplifica la implementación al combinar la alimentación y los datos en un único cable, lo que elimina la necesidad de un cableado eléctrico independiente y reduce la complejidad y el coste de la instalación. Permite una colocación flexible de los dispositivos, lo que facilita su instalación en ubicaciones remotas, de difícil acceso o peligrosas, donde las fuentes de alimentación tradicionales pueden no estar disponibles o tener un coste prohibitivo. El PoE también es compatible con una arquitectura de red unificada, lo que agiliza el diseño de la red y facilita su escalabilidad y adaptación a las necesidades operativas cambiantes. Se mejoran la fiabilidad y el cumplimiento normativo, ya que el PoE basado en estándares proporciona alimentación CC segura y de bajo voltaje, lo que favorece el cumplimiento de la normativa y minimiza los riesgos eléctricos. Además, ofrecer dispositivos alimentados por PoE puede proporcionar a los fabricantes una ventaja competitiva en un mercado saturado, al ofrecer a los clientes una solución más cómoda e integrada.
Superar los retos de la implantación de PoE en entornos industriales
A pesar de sus ventajas, la implantación de PoE en entornos industriales no está exenta de retos. Uno de los principales obstáculos es la disponibilidad limitada de infraestructura de red compatible con PoE. Muchas redes industriales existentes carecen de switches PoE y, aun cuando están disponibles, es posible que estos switches no proporcionen suficiente potencia en todos los puertos para dar servicio a todos los dispositivos conectados. El coste y la complejidad de actualizar la infraestructura de red pueden resultar prohibitivos, sobre todo en instalaciones antiguas. Otros retos incluyen el acceso limitado a la alimentación eléctrica, ya que no todas las zonas de una fábrica o planta tienen fácil acceso al cableado de red o a las tomas de corriente, lo que dificulta la colocación de los dispositivos. El elevado coste del suministro eléctrico también puede ser motivo de preocupación, ya que la adaptación de las instalaciones para que admitan PoE puede resultar cara y causar interrupciones. Es necesario abordar las cuestiones de compatibilidad para garantizar que los dispositivos alimentados por PoE funcionen a la perfección con los equipos de red existentes, evitando tiempos de inactividad y problemas de soporte técnico. Por último, la escalabilidad supone un reto: a medida que crece el número de dispositivos conectados, también lo hace la demanda de soluciones de alimentación fiables y escalables.
Presentación de los midspans PoE: complementación de la alimentación de red
Para hacer frente al reto que supone una infraestructura con PoE limitada, muchas instalaciones industriales están recurriendo a los midspans PoE, también conocidos como inyectores, para complementar la alimentación de la red allí donde no existe. Un inyector PoE es un dispositivo que se coloca entre un puerto Ethernet que no suministra PoE y el dispositivo alimentado, inyectando energía en el cable Ethernet para que tanto los datos como la alimentación lleguen al punto final. Este enfoque permite a los fabricantes y a los clientes implementar dispositivos IIoT alimentados por PoE sin necesidad de sustituir los switches existentes ni de reformar la arquitectura de red, lo que lo convierte en una solución rentable y escalable para ampliar la cobertura PoE en entornos industriales.
Figura 2: Inyector Midspan Power over Ethernet inyectando alimentación
Inyectores PoE industriales frente a inyectores estándar para interiores
Si bien los inyectores PoE estándar para interiores son adecuados para oficinas o entornos comerciales, los entornos industriales exigen soluciones más robustas. Los inyectores PoE industriales están diseñados específicamente para soportar las duras condiciones que suelen darse en fábricas, plantas de procesamiento e instalaciones al aire libre. Estos inyectores cuentan con una estructura reforzada, lo que permite un funcionamiento fiable en entornos con temperaturas extremas, humedad, polvo y vibraciones. Admiten un amplio rango de temperaturas, lo que garantiza un rendimiento constante tanto en condiciones de calor como de frío. La seguridad y el cumplimiento normativo mejorados también son fundamentales, ya que los inyectores industriales cumplen con estrictas normas de seguridad y reglamentarias, proporcionando alimentación CC de baja tensión y conforme a las normas, lo que minimiza los riesgos eléctricos. Los inyectores PoE industriales admiten niveles de potencia más altos (como IEEE 802.3bt hasta 90 W) para dar cabida a dispositivos exigentes y están diseñados con una sólida protección contra sobretensiones, algo esencial en entornos industriales donde las sobretensiones eléctricas procedentes de la maquinaria o de condiciones adversas son más habituales. Las opciones de montaje flexibles, como las instalaciones en carril DIN, en pared o en rack, se adaptan a diversos escenarios de implementación. La fiabilidad y la longevidad están garantizadas gracias a componentes y carcasas diseñados para un funcionamiento continuo, lo que proporciona una durabilidad a largo plazo y un mantenimiento mínimo. Estas características son esenciales para mantener el tiempo de actividad, la seguridad y el rendimiento en entornos industriales, donde los retos ambientales y las exigencias operativas son mucho mayores que en los entornos de oficina habituales.
Figura 3: Midspan estándar para interiores (izquierda) frente a midspan industrial (derecha)
¿Qué hay que tener en cuenta al elegir un proveedor de soluciones PoE?
Para los fabricantes de dispositivos IIoT y los clientes que implementan dispositivos alimentados por PoE, es fundamental seleccionar al proveedor adecuado de soluciones PoE. La compatibilidad demostrada es esencial; los inyectores del proveedor deben haber sido probados y validados para garantizar un funcionamiento sin problemas con una amplia gama de dispositivos industriales, reduciendo así el riesgo de paradas y problemas de asistencia técnica. Es importante contar con opciones de alimentación flexibles, que admitan diversos niveles de potencia y tipos de dispositivos para satisfacer las diversas necesidades de las aplicaciones. Se debe dar prioridad a la fiabilidad y al cumplimiento normativo, garantizando que las soluciones cumplan las normas del sector en materia de seguridad y rendimiento, respeten los requisitos reglamentarios y minimicen los riesgos. La facilidad de instalación también es clave, con soluciones «plug-and-play» que aprovechan el cableado Ethernet existente para simplificar la implementación y reducir el tiempo de instalación. Es necesario un diseño robusto para los inyectores de tipo industrial, que ofrezcan una estructura robusta y rangos de temperatura ampliados para un funcionamiento fiable en entornos exigentes. Por último, un sólido soporte técnico y un buen servicio posventa por parte del proveedor pueden ayudar a resolver problemas de compatibilidad y garantizar la satisfacción a largo plazo. Al dar prioridad a estas características, los fabricantes y los clientes pueden garantizar implementaciones de PoE exitosas, escalables y fiables en entornos industriales, aprovechando todo el potencial de los dispositivos inteligentes del IIoT.
Autor: Por Alan Jay Zwiren, director sénior de marketing de la unidad de negocio de redes y conectividad de Microchip Technology
