¿El fin de los sistemas de bus de campo a nivel de fábrica?

OPC UA TSN: testeados y probados sobre el terreno

Redacción Interempresas01/02/2017

Máquinas y equipos constructores tienen grandes esperanzas en OPC UA TSN. Hasta ahora, esas esperanzas se han basado en conceptos teóricos y tecnologías aún en desarrollo... pero eso se ha acabado. Junto con empresas asociadas, B&R ha demostrado la capacidad de OPC UA TSN para satisfacer las necesidades de comunicación desde la línea hasta el nivel ERP en condiciones reales.

En los últimos meses, B&R ha llevado a cabo pruebas de campo intensivas en conjunto con el especialista en la red TSN: TTTech. “Los resultados son impresionantes”, informa el Responsable de Marketing de B&R, Stefan Schönegger. “En algunos aspectos, la OPC UA TSN ha superado incluso nuestras expectativas”.

Las aplicaciones de tiempo crítico en el nivel de la línea, como la sincronización de las cintas transportadoras con otros equipos, requieren tiempos de ciclo de tan solo dos milésimas de segundo. “Hemos bajado este tiempo todavía más en nuestras instalaciones de prueba”, dice Schönegger. Con las mediciones de fluctuación tan bajas como 100 nanosegundos, los resultados estaban a la par con los mejores sistemas de bus de campo del mercado actual.

Redes sin fronteras

“La otra cosa impresionante de nuestras instalaciones de prueba es su estabilidad”, enfatiza Schönegger. “Después de todo, estamos trabajando con una tecnología tan nueva que su especificación IEEE no se ha completado todavía”. Las instalaciones de prueba de B&R se unirán en breve a los de otros participantes en el Banco de pruebas TSN de IIC para examinar la interoperabilidad de los componentes en una red de múltiples proveedores OPC UA con TSN. Los otros participantes del Banco de pruebas TSN son: National Instruments, Cisco, Schneider, Bosch, GE, Intel y TTTech.

Baja intensidad de recursos

Los criterios fundamentales para aplicaciones OPC UA prácticas serán sus requisitos de tamaño y recursos de código. “Si OPC UA solamente fuera capaz de funcionar en PCs industriales y controles potentes, el uso en maquinaria y equipos sería inconcebible”, explica Schönegger. Mediante la implementación de OPC UA en un controlador de bus de su sistema X20, B&R ha demostrado claramente la viabilidad de aplicaciones a nivel de E/S para servidores y clientes OPC UA. “Esto demuestra que OPC UA es perfectamente escalable a cualquier tarea imaginable en el nivel de línea y más allá”.

Stefan Schönegger, director de Marketing de B&R: “OPC UA TSN ha superado nuestras expectativas”.

Tráfico de red reducido

Con su implementación del controlador de bus, B&R también ha probado una nueva e importante característica de la especificación OPC UA. El modelo de editor-suscriptor (pub / sub) juega un papel clave para permitir que OPC UA TSN consiga el rendimiento necesario.

OPC UA trabajaba anteriormente con un mecanismo de cliente/servidor. El cliente solicita información y recibe una respuesta del servidor. En las redes con un gran número de nodos, el tráfico aumenta de forma desproporcionada y perjudica el rendimiento del sistema.

El modelo de editor-suscriptor, por el contrario, permite una comunicación 'de uno a muchos' y 'de muchos a muchos'. Un servidor envía sus datos a la red (editor) y todos los clientes pueden recibirlos (suscriptor). Esto elimina la necesidad de una conexión permanente entre el cliente y el servidor, que es particularmente intensivo en recursos.

B&R está participando activamente en el grupo de trabajo de la Fundación OPC para el desarollo de la especificación del modelo editor-suscriptor de OPC UA. “Espero que el pliego de condiciones se complete a finales de año y rápidamente se implemente por muchos fabricantes”, dice Schönegger.

En un mecanismo cliente-servidor, el cliente solicita información y recibe una respuesta del servidor.

OPC UA como un estándar

El impulso detrás del movimiento OPC UA se evidencia en el número de organismos de normalización que basan su trabajo en el protocolo independiente del proveedor. Euromap, especialista en el desarrollo de normas globales para la industria del plástico, recientemente ha definido OPC UA como la base para dos nuevas interfaces Euromap, y hay más en proyecto.

La organización que agrupa a la industria del embalaje, OMAC, también está integrando OPC UA en su norma PackML y ya está trabajando en implementaciones específicas. “Es realmente sorprendente la rapidez con que estos estándares de la industria consolidados están recurriendo a OPC UA”, dice Schönegger. “El rendimiento demostrado por nuestras pruebas con OPC UA TSN sobre el terreno confirma que se están moviendo en la dirección correcta”.

La IIC y su banco de pruebas TSN

El Consorcio de Internet Industrial (IIC) tiene como objetivo permitir la interconexión inteligente de las máquinas, equipos e instalaciones. Uno de los principales objetivos de los fundadores de GE, IBM, Intel y Schneider es acelerar la adopción del Internet de las Cosas (IoT).

Para identificar qué tecnologías son las más adecuadas para aplicaciones de IoT, la IIC organiza grupos de bancos de pruebas, donde se evalúan estas tecnologías en instalaciones de prueba de múltiples proveedores. B&R ha sido un miembro de IIC desde el año 2006 y está participando en el banco de pruebas TSN, donde se está evaluando la combinación de TSN y OPC UA por primera vez en un entorno industrial.

OPC UA TSN

Desde un punto de vista técnico, sin duda sería factible añadir capacidades en tiempo real al propio OPC UA, pero al hacerlo implicaría un considerable esfuerzo y aún tendría desventajas. Por este motivo, un gran grupo de fabricantes de automatización y robótica han unido sus fuerzas para avanzar en otra dirección. OPC UA se aprovechará de las redes sensibles al tiempo (TSN).

Las TSN son un conjunto de extensiones actualmente en desarrollo y que se incluirán próximamente en el estándar IEEE 802.1. El objetivo es conseguir una transmisión de datos en tiempo real a través de Ethernet. Una enorme ventaja del estándar TSN es que cuenta con el apoyo de la industria automotriz. Esto significa que los componentes semiconductores necesarios estarán disponibles en poco tiempo y serán relativamente económicos.

La cantidad de datos que se transmiten en los automóviles se ha disparado en los últimos años. Los sistemas de bus convencionales no disponen ni de lejos del ancho de banda necesario para gestionar la situación. El primer paso para la industria automotriz fue la adopción del estándar 802.1 AVB (Audio Video Bridging), que permite realizar un streaming de archivos audiovisuales de manera sincronizada y prioritaria. Ello permite transmitir a través de Ethernet las imágenes de las cámaras de visión posterior montadas en el parachoques trasero.

Para lograr el objetivo de llegar a nuevas industrias y ampliar el espectro de aplicaciones, el grupo de trabajo AVB pasó a utilizar la iniciativa TSN. La industria automotriz también aspira a gestionar todas las aplicaciones y tareas de control que requieren seguridad funcional a través de Ethernet. Para que esto sea posible, se necesitan unos tiempos de ciclo en el intervalo de tiempo real y un comportamiento determinístico de la red. Son exactamente los mismos requisitos a los que nos enfrentamos en la automatización de las líneas de producción.

OPC UA cubre el vacío entre el mundo IT basado en IP y el campo de la automatización de fábricas. OPC UA TSN es la solución perfecta para todas las aplicaciones de automatización de fábricas. Con una sincronización de sub-milisegundos, ofrece la precisión suficiente para tareas como la sincronización de líneas, la integración de sistemas Scada, las tareas de control básicas o incluso el funcionamiento de la cinta transportadora y la integración de E/S.

En los próximos años, se ampliará el alcance de OPC UA a nivel de automatización de líneas y esto producirá cambios drásticos en la estructura de la maquinaria y los equipos. Es probable que signifique el fin de los sistemas de bus de campo a nivel de fábrica como los conocemos hoy en día.