Las pruebas iniciales han demostrado que OPC UA sobre TSN es, en promedio, 18 veces más rápido que las actuales soluciones de comunicación industrial, lo que ha provocado que algunos miembros de la industria se pregunten si es realmente necesario un salto tan drástico. Para llegar al fondo de esta cuestión, hablamos con uno de los principales expertos en nuevas tecnologías: Dietmar Bruckner.
Sr. Bruckner, ¿cree que es realmente necesario un protocolo de comunicación con el rendimiento de OPC UA sobre TSN?
Bruckner: Es cierto que hoy en día no existen aplicaciones que requieran un rendimiento 18 veces superior al de los actuales protocolos de Ethernet Industrial. No obstante, mi respuesta a su pregunta es un rotundo sí.
Muy bien, ¿le importaría aclararnos por qué?
Bruckner: Probablemente podríamos pasar dos o tres años realizando solo mejoras graduales en los actuales protocolos. Pero eso sería tener poca visión de futuro. Con el éxito de OPC UA, la comunicación industrial está experimentando actualmente la mayor revolución desde la llegada de los buses de campo. Si observamos las vidas útiles típicas de los sistemas de bus de campo y los protocolos de Ethernet Industrial, podemos deducir que en las próximas décadas trabajaremos con OPC UA sobre TSN.
¿Qué implicaciones tiene esto en términos de rendimiento?
Bruckner: Para que sea una inversión rentable de cara al futuro y que compense a largo plazo, el protocolo debe estar preparado para los próximos 20 años de evolución en los requisitos de rendimiento. Nadie quiere llegar al extremo de definir un nuevo estándar que básicamente deberá reelaborarse al cabo de tan solo cinco años. Por eso nuestro principal compromiso es conseguir que OPC UA sobre TSN sea lo más potente posible desde el principio.
Acerca del entrevistado
Dietmar Bruckner ha publicado casi 100 artículos científicos y es titular de varias patentes en el campo de la comunicación industrial en tiempo real. Es miembro activo de varios comités de normalización y grupos de trabajo, entre ellos el IEEE y la Fundación OPC. Bruckner es el responsable de I+D en el departamento de comunicación en tiempo real del especialista en automatización B&R.
Cuando habla de rendimiento, ¿a qué se refiere exactamente?
Bruckner: Es una combinación de varios aspectos, pero claramente uno de los factores más importantes es que se puede conseguir un tiempo de ciclo más rápido. Si su aplicación solo tiene un pequeño número de nodos de red, puede conseguir unos tiempos de ciclo muy cortos incluso con un protocolo de Ethernet Industrial convencional de 100 Mbits. Al ritmo de progreso actual, sin embargo, es previsible que cada vez más plantas y más máquinas tendrán cientos o miles de nodos de red.
¿Por qué es así?
Bruckner: En su afán por responder a las cambiantes exigencias del mercado, los fabricantes están haciendo sus máquinas cada vez más inteligentes y flexibles. Para ello, están utilizando más sensores y actuadores que nunca. Muchos de ellos se integran directamente en la red de máquinas, como los llamados dispositivos inteligentes. Ya hemos visto máquinas que sincronizan más de 1000 ejes. Este es precisamente el tipo de situación en el que la tecnología actual empieza a ver unos tiempos de ciclo superiores a un milisegundo. Y existen muchos procesos en los que eso es demasiado lento. Por eso necesitamos una red de máquinas potente y de alto rendimiento.
TSN y el papel del IEEE
El Instituto de Ingeniería Eléctrica y Electrónica (IEEE, por sus siglas en inglés) es el responsable de normalizar numerosas tecnologías de comunicación global, entre las que se incluyen Ethernet, WLAN y Bluetooth. La normalización del IEEE garantiza que dos dispositivos cualesquiera podrán comunicarse entre sí, independientemente de quién los haya fabricado.
Las redes sensibles al tiempo (TSN, por sus siglas en inglés) amplían el estándar de Ethernet para incluir mecanismos para garantizar la transmisión de datos en tiempo real. El IEEE incluyó las funciones asociadas como estándares secundarios en el estándar Ethernet IEEE 802.1. En consecuencia, los dispositivos TSN de cualquier fabricante pueden comunicarse entre sí en tiempo real.
¿Qué papel desempeña el ancho de banda?
Bruckner: Para el usuario, cada vez es más importante. Visión artificial, análisis de Big Data, mantenimiento predictivo... Estas nuevas tecnologías generan unos enormes volúmenes de datos que pueden desbordar rápidamente los actuales sistemas de bus de 100 Mbits. Y existe otro aspecto que no debe subestimarse: cuanto más abierta es la red, más importante es que los componentes sobre el terreno dispongan de las últimas actualizaciones de seguridad y de los parches del sistema operativo. Solo puedes hacerlo si dispones del ancho de banda necesario.
¿Cómo gestiona OPC UA sobre TSN esta creciente competencia por el ancho de banda?
Bruckner: TSN tiene otra ventaja que entra en juego aquí: es independiente del ancho de banda. El usuario puede acceder a todo el ancho de banda del hardware Ethernet utilizado, ya sea 1 Gbit/s, 2,5 Gbit/s, o incluso más.
¿No habría una forma de hacerlo utilizando los actuales sistemas de bus de campo?
Bruckner: No, porque no puedes simplemente compensar sus limitaciones escalándolos hasta 1 o 10 Gbit/s. Los rígidos métodos de arbitraje de un sistema de bus convencional, con un sistema maestro central y una distribución de ciclo fijo, no lo permiten. Debemos recordar que la tecnología del bus de campo se remonta a los años 90. Por otro lado, cuando planificas y administras una red TSN, puedes aprovechar las ventajas de unos mecanismos de infraestructura informáticos más modernos. Por eso OPC UA sobre TSN es incluso el doble de rápido que el protocolo de bus de campo Gigabit más rápido.
Una última pregunta: ¿OPC UA sobre TSN está realmente listo para cuando llegue el gran momento? Hay quien opina que aún falta mucho para llegar a la normalización.
Bruckner: OPC UA sobre TSN está totalmente establecido y listo para su uso. El IEEE completó el trabajo del 802.1AS-2020 en diciembre de 2019. Esa era la última pieza importante del rompecabezas para OPC UA sobre TSN. Y el estándar IEEE 802.1Qbv, la pieza clave de todos los asuntos relacionados con el rendimiento de la TSN, ya se adoptó en 2016. En marzo de 2020, B&R se convirtió en el primer fabricante en vender controles que incluían habitualmente OPC UA sobre TSN.