Introducción
Una red PROFINET reúne equipos con tareas muy distintas: controladores que ejecutan el programa de automatización, estaciones de entradas y salidas remotas, accionamientos, instrumentos de proceso, switches y estaciones de ingeniería. Para ordenar esta diversidad, PROFIBUS & PROFINET International (PI) define criterios de clasificación que permiten conocer, antes de la compra y de la puesta en marcha, qué papel cumplirá cada equipo dentro del sistema y qué funciones de comunicación ofrece. Este artículo revisa esos criterios —función, estructura interna, clase de conformidad, robustez ante carga de red y funciones opcionales— y los beneficios que aportan a la selección, integración y mantenimiento de los equipos.
Clasificación según la función: el modelo de sistema
PROFINET IO se basa en el modelo proveedor/consumidor (provider/consumer): tanto el controlador como el dispositivo de campo envían sus datos cíclicos de forma independiente [1]. Sobre este modelo se definen tres clases de dispositivos [1]:
- IO-Controller (controlador de E/S): normalmente es el PLC donde se ejecuta el programa de automatización. Actúa como proveedor de los datos de salida y como consumidor de los datos de entrada de los dispositivos que tiene configurados.
- IO-Device (dispositivo de E/S): equipo de campo descentralizado, conectado a uno o más IO-Controllers. Es proveedor de los datos de entrada y consumidor de los datos de salida.
- IO-Supervisor (supervisor de E/S): programadora, computador o HMI que se integra, por lo general de forma temporal, para tareas de puesta en marcha o diagnóstico.
Un sistema mínimo está formado por un IO-Controller y uno o más IO-Devices [1]. Toda la comunicación entre ambos se organiza dentro de una relación de aplicación (Application Relation, AR), que el IO-Controller establece durante el arranque a partir de los datos de configuración. Dentro de cada AR se crean simultáneamente las relaciones de comunicación (Communication Relations, CR) para datos cíclicos, datos acíclicos y alarmas [1]. El beneficio práctico de esta definición de roles es que el IO-Controller inicia el sistema de manera autónoma después de cada arranque o reinicio, sin intervención del usuario [1].
La clasificación por función no es excluyente. Un IO-Device puede mantener varias AR con distintos controladores. Con la función Shared Device, cada submódulo del equipo se asigna a un controlador determinado; por ejemplo, la parte de seguridad funcional a un controlador de seguridad (F-CPU) y las señales estándar a un controlador convencional. Con la función Shared Input, varios controladores leen la misma entrada, lo que evita cablear dos veces una señal o transferirla mediante comunicación entre CPU [1]. Del mismo modo, un equipo con capacidad de controlador puede comportarse como IO-Device ante un controlador superior mientras controla su propia periferia, configuración conocida como I-Device, que simplifica la coordinación entre controladores.
Clasificación según la estructura: equipos compactos y modulares
PROFINET distingue entre equipos compactos, cuyo grado de expansión viene fijado de fábrica, y equipos modulares, cuya configuración se adapta a cada aplicación durante la ingeniería [1]. En su estructura lógica, sin embargo, todo dispositivo PROFINET es modular: cuenta con un punto de acceso al dispositivo (Device Access Point, DAP) y una jerarquía normalizada de slots, subslots, módulos, submódulos y canales [1]. Los datos cíclicos se direccionan por la combinación slot/subslot, y los datos acíclicos mediante slot, subslot e índice [1].
Las propiedades de cada equipo se describen en un archivo GSD (General Station Description) basado en XML, revisado durante la certificación. Este archivo permite configurar el sistema completo sin que los equipos estén físicamente presentes [1]. Además, todo dispositivo debe entregar los datos de identificación y mantenimiento IM0 (versiones de hardware y firmware), base para la gestión de activos [1].
Clasificación según la clase de conformidad
Las funciones de PROFINET se agrupan en clases de conformidad (Conformance Classes, CC), definidas en IEC 61784-2, que se construyen unas sobre otras y orientan tanto la certificación como las directrices de cableado [2], [3].
| Clase | Funciones principales | Certificación | Aplicación típica |
|---|---|---|---|
| CC-A | Comunicación RT, E/S cíclicas, parámetros, alarmas, topología (LLDP) | Controladores y dispositivos certificados; infraestructura por declaración del fabricante | Infraestructura, automatización de edificios |
| CC-B | Funciones de CC-A + diagnóstico de red vía SNMP, topología con LLDP-MIB; CC-B(PA) añade redundancia de sistema | Controladores, dispositivos e infraestructura certificados | Automatización de procesos y de fábrica |
| CC-C | Funciones de CC-B + comunicación IRT, reserva de ancho de banda y sincronización | Controladores, dispositivos e infraestructura certificados | Control de movimiento |
CC-A ofrece intercambio cíclico de datos en tiempo real con tiempos de actualización entre 1 y 512 ms, comunicación acíclica, comunicación TCP/IP paralela y un modelo de alarmas con tres niveles [2]. Admite switches comerciales que soporten priorización mediante etiqueta VLAN y es la única clase que permite enlaces inalámbricos [1], [2].
CC-B incorpora el protocolo SNMP y la detección de vecinos, lo que habilita la representación de la topología y el reemplazo de equipos sin herramienta de ingeniería: el dispositivo nuevo recibe el nombre y los parámetros de su antecesor según su posición en la red [1]. Para la industria de procesos, la variante CC-B(PA) añade la redundancia de sistema con dos controladores [2].
CC-C permite aplicaciones con una fluctuación (jitter) inferior a 1 µs. El tiempo de actualización mínimo por defecto es de 250 µs y puede reducirse hasta 31,25 µs según el hardware, con apoyo del empaquetado dinámico de tramas (Dynamic Frame Packing, DFP) [1]. Esta clase requiere hardware específico en controladores, switches y dispositivos [2].
CC-D fue incorporada en la versión 2.4 de la especificación para definir PROFINET sobre redes sensibles al tiempo (Time-Sensitive Networking, TSN) [4]. Su beneficio es el uso de tecnología IEEE con velocidades de 10 Mbit/s a 10 Gbit/s y la convergencia de redes según el perfil industrial IEC/IEEE 60802, manteniendo sin cambios la vista del usuario sobre datos, diagnóstico y perfiles [1].
Las clases pueden combinarse en un mismo sistema, de modo que cada sección de la planta utilice la clase que su aplicación necesita [2].
Componentes de infraestructura
Los switches también se clasifican. En CC-A basta un switch con etiquetado VLAN según IEEE 802; en CC-B el switch cumple además la función de IO-Device con comunicación RT, y en CC-C debe soportar IRT [1]. Al modelarse como IO-Device, el switch informa al controlador los errores de red mediante alarmas, de modo que el diagnóstico de la red queda integrado en el diagnóstico del sistema de E/S [1].
Clasificación según la robustez ante carga de red
La certificación incluye una prueba de carga de red que evalúa el comportamiento del equipo frente a tráfico adicional. Según su resultado, el dispositivo se clasifica en Netload Class I, II o III, en orden creciente de robustez. La guía correspondiente, antes denominada Security Level 1, se publica hoy como PROFINET Netload Robustness for Security, y su versión 2.0 añadió una clase para Ethernet-APL a 10 Mbit/s [5]. Para el usuario, esta clase es un indicador objetivo del desempeño esperable en redes con alto tráfico o con convergencia IT/OT.
Funciones opcionales y perfiles de aplicación
Además de lo exigido por cada clase de conformidad, existen funciones opcionales: Shared Device y Shared Input, servidor de parámetros individuales (iPar), reconfiguración dinámica (Dynamic Reconfiguration, DR), estampado de tiempo, arranque rápido (Fast Start Up, FSU), redundancia de medios MRP/MRPD e interfaz de llamada a herramientas (Tool Calling Interface, TCI) [1]. A ellas se suman los perfiles de aplicación PROFIsafe (IEC 61784-3-3), PROFIdrive (IEC 61800-7), PROFIenergy y el perfil para dispositivos de proceso (PA) [1].
Los equipos también se distinguen por su capacidad de redundancia de sistema: los que cuentan con un único módulo de interfaz admiten las configuraciones S1 o S2, mientras que los que integran dos módulos de interfaz independientes admiten R1 y R2 [6]. La disponibilidad de cada función opcional debe verificarse caso a caso en la hoja de datos, el manual o el archivo GSD [2].
Beneficios de una clasificación normalizada
- Selección objetiva: la combinación de rol, clase de conformidad, clase de carga de red, funciones opcionales y perfiles describe con precisión lo que cada equipo aporta.
- Interoperabilidad respaldada: todo equipo que utilice la denominación PROFINET debe estar certificado por un laboratorio acreditado por PI; se recomienda solicitar los certificados según la clase de conformidad, la clase de aplicación y los perfiles utilizados [1].
- Planificación de red coherente: la clase de conformidad define los requisitos de cableado y de infraestructura de cada sección [2].
- Mantenimiento simplificado: el reemplazo de equipos sin herramienta de ingeniería y los datos I&M reducen el tiempo de recuperación ante fallas [1].
Conclusión
Clasificar un dispositivo PROFINET exige mirar más allá de su función de controlador o de periferia. La clase de conformidad, la robustez certificada ante carga de red, las funciones opcionales y los perfiles soportados completan su descripción. Considerar estos criterios desde la etapa de ingeniería permite seleccionar equipos acordes con cada aplicación, planificar la red con los requisitos adecuados y sostener la disponibilidad de la planta durante todo su ciclo de vida.
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Este artículo es parte de nuestra guía de comunicaciones industriales.
Referencias
[1] PROFIBUS & PROFINET International. PROFINET System Description – Technology and Application. N.º de pedido 4.132, noviembre de 2018.
[2] PROFIBUS & PROFINET International. PROFINET IO Conformance Classes – Guideline for PROFINET IO. Versión 1.1, n.º de pedido 7.042, marzo de 2011.
[3] IEC 61784-2. Industrial networks – Profiles – Part 2: Additional fieldbus profiles for real-time networks based on ISO/IEC/IEEE 8802-3. International Electrotechnical Commission.
[4] PROFIBUS & PROFINET International. PROFINET Specification – Application layer protocol for decentralized periphery (IEC 61158-6-10). Versión 2.4, n.º de pedido 2.722.
[5] PROFIBUS & PROFINET International. PROFINET Netload Robustness for Security Guideline. Versión 2.0, n.º de pedido 7.302, mayo de 2022.
[6] PROFIBUS & PROFINET International. PROFINET Planning Guideline Redundancy. Versión 1.00, n.º de pedido 8.132, mayo de 2023.
