Alta velocidad para equipos móviles

La navegación por GPS, las cámaras de visión posterior, la tecnología de seguridad e incontables procesos totalmente automatizados se han convertido en características de serie de los actuales equipos móviles de alta tecnología y también de los vehículos comerciales, desde cosechadoras y excavadoras hasta camiones de bomberos y vehículos municipales multifunción. Habiéndose superado el ancho de banda máximo del bus CAN convencional, actualmente los vehículos se basan en hasta diez redes de CAN paralelas para ofrecer las funciones necesarias.

“Con cada red que se añade, también se añade tiempo y costes para la ingeniería, el mantenimiento y el diagnóstico”, explica Stefan Taxer, gerente de Productos para la automatización móvil en B&R. Y sin embargo, todavía no se dispone del suficiente rendimiento o ancho de banda para las aplicaciones críticas de seguridad. “Los fabricantes han llegado a un punto en que el sistema de bus tradicional representa un obstáculo para el progreso”. La automatización móvil está buscando un nuevo sistema de bus principal que sirva de base para la innovación sostenible.

“La automatización industrial se enfrentó a un dilema similar al comienzo del milenio”, señala Taxer. Desde entonces, una solución de alto rendimiento se ha proclamado clara vencedora: la Ethernet industrial. Ofrece un mayor ancho de banda, gestión en tiempo real y se basa en el rentable estándar Ethernet. Taxer está convencido de que “Estas ventajas harán que también se implante en muchos ámbitos de la automatización móvil”. El habitual protocolo de Internet TCP/IP no es una opción, ya que no es compatible con la comunicación determinística.

La elección de un sistema de bus es un compromiso a largo plazo, por lo que los fabricantes están buscando una solución abierta y preparada para el futuro. “Para eso está diseñado exactamente POWERLINK”, indica Taxer. La pila de protocolos se publica bajo la licencia BSD. El código fuente para las implementaciones maestra y esclava está disponible de inmediato para todo el mundo, y no se aplican cuotas por la licencia. La organización de usuarios de POWERLINK, la EPSG, ofrece a cualquier fabricante la oportunidad de unirse y ayudar a formar el futuro del protocolo.

La implementación de un nuevo sistema de bus puede ser un proceso costoso, ya que debe adquirirse nuevo hardware y reescribirse buena parte del software. “A pesar del enorme cambio de rendimiento, empezar a utilizar POWERLINK como bus principal es sorprendentemente sencillo”, afirma Taxer. POWERLINK utiliza el diccionario de objetos CANopen, así como mecanismos de comunicación y perfiles CANopen. Los datos del proceso cíclicos se intercambian a través de los objetos de datos del proceso y los datos de los parámetros a través de los objetos de datos del servicio.

Al igual que CANopen, POWERLINK también ofrece una comunicación cruzada directa. Todos los perfiles de dispositivos y aplicaciones CANopen pueden implementarse directamente en un entorno POWERLINK; por lo que a la aplicación se refiere, no existe ninguna diferencia entre ambos protocolos. La diferencia de velocidad, sin embargo, es considerable: POWERLINK tiene una velocidad de transferencia de 100 Mbit/s Si en algún caso se necesita todavía más ancho de banda, puede cambiarse a Gigabit Ethernet sin ningún problema.

“Los actuales equipos móviles pueden tener hasta 3.000 metros de cable de red en un máximo de 10 redes”, explica Taxer. Ello representa no solo unos elevados costes de instalación y mantenimiento, sino que también aumenta la probabilidad de que se produzcan errores.

Con POWERLINK se pueden transmitir todos los datos para un equipo móvil, o incluso para una combinación como la de tractor, cortacésped y remolque, utilizando un solo cable. Además de los datos del proceso en tiempo real, la red también transporta los datos de HMI, los datos de seguridad y la señal de vídeo de la cámara de visión posterior. La capacidad multimaestro de POWERLINK permite que los equipos autónomos pasen de controlarse a sí mismos a ser controlados desde un vehículo de remolque, sin necesidad de realizar ninguna configuración ni de reiniciar el sistema.

Las redes POWERLINK ofrecen una topología totalmente libre. “Pueden crearse estructuras en estrella, en árbol, en bus o en anillo, o combinaciones de todas ellas, sin necesidad de realizar ninguna configuración de la red”, dice Taxer. La modularidad resultante le permite añadir o eliminar segmentos de la red durante el funcionamiento. Hablando concretamente del diseño modular de la máquina, POWERLINK ofrece la máxima flexibilidad unida a una óptima facilidad de uso.

Normalmente las soluciones de automatización más complejas han necesitado varias redes y controles, y cada uno necesitaba su propio software. Por supuesto, todo ello debe coordinarse y mantenerse. Gracias a las elevadas velocidades de transferencia de datos y a la posibilidad de trabajar en tiempo real de POWERLINK, todo lo que necesita es un control para una aplicación. Los datos provenientes de los sensores y los actuadores se envían al control en tiempo real, donde se procesan y devuelven según convenga. También pueden utilizarse arquitecturas de control centralizadas y descentralizadas.

“En comparación con otros buses de campo basadosen Ethernet, el coste de implementar POWERLINK es muy reducido”, destaca Taxer. No se aplican cuotas de licencia ni se requiere ningún hardware especial y, en vez de afectar a la calidad, de hecho los ahorros vienen acompañados de un aumento en la disponibilidad de la máquina. El elevado ancho de banda le permite hacer operaciones tales como implementar diagnósticos detallados o realizar actualizaciones de software de forma rápida y fiable a través de la red. POWERLINK utiliza un protocolo de una trama, por lo que es prácticamente inmune a las perturbaciones EMC.

Los equipos móviles también están sujetos a la directiva de máquinas de la UE, por lo que a menudo requieren su propia aplicación de seguridad. “OpenSAFETY resulta perfecto para esto”, subraya Taxer. El protocolo de seguridad de código abierto puede implementarse conjuntamente con POWERLINK y no requiere una red propia. Los datos relacionados con la seguridad se transmiten por la red POWERLINK de forma independiente al resto del tráfico. La certificación previa hasta SIL 3 / PL e hace que la implementación de openSAFETY sea especialmente rápida y sencilla.