Introducción
EtherNet/IP (Ethernet Industrial Protocol) es un protocolo de comunicación industrial que implementa el Common Industrial Protocol (CIP, protocolo industrial común) sobre Ethernet estándar y la pila TCP/UDP/IP. Su especificación es publicada y mantenida por ODVA en la biblioteca de redes CIP [1][2] y está normalizada internacionalmente como Type 2 en la serie IEC 61158 y como familia de perfiles CPF 2 en IEC 61784-1 e IEC 61784-2 [3]. Al utilizar protocolos de red convencionales sin modificaciones, EtherNet/IP puede operar sobre la misma infraestructura que los servicios de tecnologías de la información.
El Common Industrial Protocol
CIP es un protocolo de aplicación orientado a objetos e independiente del medio físico. El mismo modelo se utiliza en EtherNet/IP, en DeviceNet y en otras redes de la familia CIP, lo que permite enrutar mensajes entre ellas sin traducir el significado de los datos [1].
Cada dispositivo se representa como un conjunto de objetos, organizados en clases e instancias, con atributos y servicios. Algunos objetos obligatorios o de uso habitual son:
- Identity: identificación del dispositivo, como fabricante, tipo, código de producto, revisión y número de serie.
- Message Router: distribuye las solicitudes recibidas hacia el objeto correspondiente.
- Assembly: agrupa datos de distintos objetos en un bloque para el intercambio de entradas y salidas.
- Connection Manager: establece y gestiona las conexiones de comunicación.
- TCP/IP Interface y Ethernet Link: configuración y estado de la interfaz de red.
Los perfiles de dispositivo definen los objetos y el comportamiento mínimo de familias de equipos, como variadores, arrancadores o válvulas neumáticas. Las características de cada equipo se describen en un archivo EDS (Electronic Data Sheet), que la herramienta de configuración utiliza para integrarlo.
Tipos de mensajería
EtherNet/IP distingue dos tipos de comunicación [2]:
- Mensajería explícita: transacciones de solicitud y respuesta, transportadas sobre TCP en el puerto 44818. Se utiliza para parametrización, lectura de diagnóstico y transferencias no críticas en el tiempo, con el direccionamiento completo de clase, instancia y atributo.
- Mensajería implícita, o de entradas y salidas: intercambio de datos de control transportado sobre UDP en el puerto 2222. Los datos no incluyen información de direccionamiento, ya que su significado se acuerda al establecer la conexión, lo que reduce la carga de procesamiento.
La mensajería implícita sigue el modelo productor-consumidor (producer-consumer). Un dispositivo produce sus datos de forma cíclica, según el intervalo de paquete solicitado (RPI, Requested Packet Interval), o ante un cambio de estado, y los consumidores los reciben por unicast o multicast. El modelo multicast permite que varios consumidores reciban los mismos datos con una sola transmisión.
Las conexiones de entradas y salidas se establecen mediante el servicio Forward_Open del Connection Manager, en el cual el originador, habitualmente un controlador o escáner, y el destino, un adaptador de campo, acuerdan los objetos Assembly, el RPI y los parámetros de supervisión. Si un consumidor deja de recibir datos durante el tiempo de vigilancia configurado, la conexión se declara interrumpida y el dispositivo adopta el comportamiento de falla definido.
Topologías y redundancia
EtherNet/IP admite topologías en estrella, en línea y en anillo. Para los anillos, la especificación define DLR (Device Level Ring) [2], que opera en dispositivos con switch integrado de dos puertos. Un supervisor de anillo vigila la integridad de la red y, ante la interrupción de un enlace, reconfigura la topología con tiempos de recuperación de pocos milisegundos. Esta capacidad permite construir redes de alta disponibilidad sin switches externos en cada punto de conexión.
Extensiones del protocolo
Sobre la base de CIP se definen servicios que amplían el alcance de EtherNet/IP:
- CIP Safety: transmisión de datos de seguridad funcional hasta SIL 3 sobre la misma red, normalizada en IEC 61784-3-2 [4], con el principio de canal negro.
- CIP Sync: sincronización de tiempo basada en IEEE 1588 [5], que permite registrar eventos con marca de tiempo precisa y coordinar acciones distribuidas.
- CIP Motion: control de movimiento de ejes sobre EtherNet/IP, apoyado en la sincronización de CIP Sync.
- CIP Security: autenticación de dispositivos, verificación de integridad y cifrado mediante TLS y DTLS, definidos en la biblioteca de redes CIP [6].
- CIP Energy: objetos para medir y gestionar el consumo energético de los dispositivos.
Integración y escalabilidad
Como utiliza TCP/UDP/IP sin modificaciones, EtherNet/IP convive con protocolos de TI como HTTP, SNMP o servicios de archivos en la misma red. La segmentación mediante VLAN, la priorización del tráfico según IEEE 802.1Q y la gestión de multicast en los switches permiten dimensionar redes con gran cantidad de dispositivos. Por otra parte, la capacidad de enrutamiento de CIP permite que un controlador acceda a dispositivos conectados en otras redes de la misma familia, como DeviceNet, mediante módulos de enlace, conservando el modelo de objetos. La especificación contempla además el uso de Ethernet-APL, lo que extiende EtherNet/IP hasta la instrumentación de procesos.
Principales áreas de aplicación
- Fabricación automotriz y líneas de ensamble.
- Envasado, embalaje y manipulación de materiales.
- Alimentos y bebidas, y productos de consumo.
- Minería, tratamiento de agua e industrias de proceso.
- Control de movimiento y aplicaciones de seguridad de máquinas.
Conclusión
EtherNet/IP combina el modelo de objetos de CIP con la infraestructura Ethernet estándar. La separación entre mensajería explícita e implícita, el modelo productor-consumidor, la redundancia DLR y las extensiones de seguridad funcional, sincronización, movimiento y ciberseguridad permiten atender desde aplicaciones de entradas y salidas distribuidas hasta sistemas de control complejos, con una integración directa con las redes corporativas.
Referencias
[1] ODVA, The CIP Networks Library, Volume 1: Common Industrial Protocol (CIP).
[2] ODVA, The CIP Networks Library, Volume 2: EtherNet/IP Adaptation of CIP.
[3] IEC 61784-1 e IEC 61784-2, Industrial networks — Profiles (CPF 2); IEC 61158 (serie), Type 2.
[4] IEC 61784-3-2, Industrial communication networks — Profiles — Part 3-2: Functional safety fieldbuses — Additional specifications for CPF 2.
[5] IEEE 1588-2019, IEEE Standard for a Precision Clock Synchronization Protocol for Networked Measurement and Control Systems.
[6] ODVA, The CIP Networks Library, Volume 8: CIP Security.
