Comunicaciones industriales

Una máquina moderna es una red: el PLC habla con la pantalla, con módulos de entradas y salidas repartidos por la máquina, con los variadores, con un robot y con el sistema de producción de la fábrica. Cuando algo de eso falla, la máquina se para igual que si se rompiera un cable de un sensor, y el técnico tiene que saber diagnosticarlo. Este tema explica las redes más habituales, cómo se direccionan y cómo encontrar los fallos típicos.

Quién habla con quién

En la industria se habla de una pirámide por niveles: en la base, los sensores y actuadores; encima, los PLC; luego, la supervisión (pantallas y SCADA); y arriba, los sistemas de gestión de la producción (MES) y de la empresa (ERP). Cada nivel usa redes distintas, y cuanto más abajo, más importa el tiempo real.

Direcciones IP: lo que hay que dominar

Casi todas las redes industriales actuales van sobre Ethernet y usan direcciones IPv4: cuatro números del 0 al 255 separados por puntos, como 192.168.0.1. Junto a la dirección va la máscara de subred, que indica qué parte de la dirección es la red y qué parte el equipo.

• Con la máscara habitual 255.255.255.0 (también escrita /24), los tres primeros números son la red y el último identifica al equipo. Dos equipos se comunican directamente si comparten los tres primeros: 192.168.0.1 y 192.168.0.2 sí; 192.168.0.1 y 192.168.1.2 no.
• En esa red, la dirección terminada en .0 identifica la propia red y la terminada en .255 es la de difusión: no se asignan a equipos.
• Cada dirección debe ser única en la red. Dos equipos con la misma IP provocan fallos de comunicación intermitentes y muy confusos.
• La puerta de enlace es el equipo que permite salir a otras redes. Dentro de una red de máquina aislada muchas veces no hace falta.

Profinet

Profinet es la red Ethernet industrial que más se usa con PLC de Siemens. Sus conceptos clave:

• Controlador de E/S (IO-Controller): normalmente el PLC. Intercambia datos cíclicamente con los dispositivos.
• Dispositivos de E/S (IO-Devices): periferia descentralizada, variadores, válvulas, robots.
• Nombre de dispositivo: en Profinet, cada dispositivo se identifica por su nombre, por ejemplo et200-estacion2. El controlador busca ese nombre en la red y le asigna su dirección IP. Un dispositivo nuevo o sustituido llega sin nombre y hay que asignárselo.
• Fichero GSDML: describe un dispositivo de otro fabricante para poder integrarlo en el proyecto del PLC.
• Topología: en línea, en estrella con conmutadores o en anillo. Con un protocolo de redundancia como MRP, un anillo sigue funcionando aunque se corte un cable.

Modbus: el idioma universal

Modbus es un protocolo sencillo y muy extendido para comunicar equipos de distintos fabricantes: analizadores de red, variadores, controladores de temperatura. Existe en dos variantes:

• Modbus RTU, por cable serie, normalmente RS-485: un maestro pregunta y cada esclavo, con su dirección (de 1 a 247), responde. Todos los equipos del bus deben tener la misma velocidad, paridad y bits de parada.
• Modbus TCP, sobre Ethernet: un cliente pregunta y un servidor responde, usando direcciones IP.

Los datos se organizan en cuatro tablas:

En RS-485, el bus se cablea en línea (no en estrella), con resistencias de terminación de 120 Ω en los dos extremos, y con cable trenzado y apantallado. Sin terminación, o con derivaciones largas, aparecen errores que dependen de la longitud y la velocidad.

OPC UA: hacia arriba

OPC UA es un estándar para comunicar máquinas con sistemas de supervisión, MES o aplicaciones de oficina, independiente del fabricante. Además de los datos, describe qué significan (nombres, unidades, estructura) e incluye seguridad con certificados y cifrado. Es la forma habitual de llevar datos de producción, como el OEE, desde los PLC a los sistemas de la empresa.

Ciberseguridad en máquinas

Una red de máquina mal protegida es un riesgo real: un virus de la oficina o un acceso remoto descontrolado pueden parar una línea. Lo básico:

• Separar redes: la red de las máquinas no se mezcla con la de oficina; se conectan, si hace falta, a través de un cortafuegos.
• Nunca exponer un PLC directamente a internet.
• Acceso remoto controlado: por VPN, con permiso del cliente, solo cuando hace falta y registrado.
• Proteger la CPU: niveles de acceso con contraseña para que nadie cargue o modifique el programa sin autorización.
• Normativa: la serie IEC 62443 es la referencia en ciberseguridad para sistemas de automatización industrial.

Diagnosticar un fallo de comunicación

1. Mira los LED del puerto y del módulo: enlace, actividad y error.
2. Comprueba el cable y el conector, sobre todo en zonas con movimiento o golpes.
3. Haz ping desde el portátil a la IP del equipo, con tu tarjeta en la misma subred.
4. En Profinet, comprueba que el dispositivo tiene el nombre correcto y que no hay nombres o IP duplicados. TIA Portal muestra los dispositivos accesibles y su diagnóstico en línea.
5. En Modbus RTU, comprueba dirección de esclavo, velocidad, paridad, terminaciones y el orden de los hilos A y B.

Resumen

• Con máscara 255.255.255.0, dos equipos se comunican directamente si comparten los tres primeros números de la IP. Cada IP debe ser única.
• Profinet identifica los dispositivos por su nombre; un dispositivo sustituido necesita su nombre.
• Modbus: maestro y esclavo (o cliente y servidor en TCP), cuatro tablas de datos y cuidado con el desfase de uno.
• RS-485: bus en línea con terminación de 120 Ω en los dos extremos.
• OPC UA lleva los datos de las máquinas a los sistemas de la empresa, con seguridad.
• Redes de máquina separadas de la oficina, nada de PLC en internet y acceso remoto controlado.