La migración hacia PROFINET rara vez parte de cero. En plantas de minería, celulosa, alimentos o utilities conviven controladores nuevos con segmentos PROFIBUS DP y PA, instrumentos HART, redes AS-Interface o equipos con protocolos seriales que seguirán en servicio durante años. Para que esos sistemas intercambien información con un controlador PROFINET es necesario incorporar un elemento intermedio que actúe como intérprete entre ambas redes. PROFIBUS & PROFINET International (PI) reconoce dos tipos de dispositivo para esta función: el proxy y el gateway [1][2].
Ambos resuelven el mismo problema general, pero lo hacen de forma distinta, y esa diferencia tiene consecuencias directas en la ingeniería, la puesta en marcha y, sobre todo, en el diagnóstico durante la vida útil de la instalación.
Un requisito de origen: integrar sin reemplazar
PROFINET, normalizado en IEC 61158 e IEC 61784, incorporó desde su definición un modelo para integrar PROFIBUS y otros buses de campo, de modo que sea posible combinar sistemas basados en bus de campo y en PROFINET y realizar una transición tecnológica gradual [1]. La descripción de sistema de PROFINET identifica tres necesidades que este modelo atiende [1]:
- Los propietarios de planta requieren integrar las instalaciones existentes en un nuevo sistema PROFINET sin dificultad.
- Los fabricantes de máquinas y sistemas requieren seguir utilizando dispositivos probados y conocidos, sin modificaciones.
- Los fabricantes de dispositivos requieren incorporar sus equipos de campo existentes a PROFINET sin rediseños costosos.
Este requisito es especialmente relevante en process automation (automatización de procesos), donde las instalaciones tienen vidas útiles de varias décadas y se exige la coexistencia de tecnologías antiguas y nuevas, incluida la continuidad de las herramientas de ingeniería, diagnóstico y mantenimiento ya existentes [1].
El gateway: transferencia de datos de E/S
Un gateway (pasarela) traslada datos de entrada y salida (E/S) entre dos protocolos. Desde el lado PROFINET se presenta como un IO-Device (dispositivo de E/S) cuyos módulos contienen bloques de datos provenientes de la red subordinada.
Según PI, la correspondencia de datos (data mapping) de un gateway se configura individualmente en cada equipo, con un formato propio de su fabricante, y no necesariamente transfiere las funciones especiales de un protocolo hacia el otro; en particular, algunos protocolos no transmiten toda la información de alarmas de los dispositivos conectados [2]. En consecuencia, el controlador recibe los datos de proceso, pero el significado de cada byte queda determinado por la configuración del gateway y por la documentación del proyecto.
Este enfoque es plenamente válido y, en muchos casos, el único disponible: cuando no existe una regla de integración normalizada para un protocolo determinado, el gateway es la herramienta que permite llevar sus datos a PROFINET [2].
El proxy: un representante normalizado
Un proxy (representante) cumple el mismo papel de traducción, pero con una diferencia esencial: la correspondencia entre el bus de campo y PROFINET está definida por PI [2]. El proxy actúa como representante de los dispositivos del bus de campo e integra los nodos de la red subordinada en el sistema PROFINET de nivel superior. De este modo, las características de esos buses quedan disponibles en el entorno PROFINET, y los dispositivos y herramientas de software se siguen utilizando de la forma habitual, integrados en el manejo del sistema PROFINET [1].
Las reglas de correspondencia están establecidas en la guía Fieldbus Integration into PROFINET (n.º de pedido 7.012), que describe los conceptos generales de integración y sirve de base para las reglas específicas de cada bus, publicadas como enmiendas [3]. A la fecha existen enmiendas para PROFIBUS, INTERBUS, AS-Interface, HART, Foundation Fieldbus y CANopen [3].
Al aplicar una correspondencia normalizada, el proxy no se limita a los datos de E/S: también traslada alarmas, información de diagnóstico e incluso datos de topología y estado de la red subordinada. Cada proxy implementa la correspondencia completa definida por PI para su protocolo [2].
Qué información cruza la frontera
| Aspecto | Gateway | Proxy PROFINET |
|---|---|---|
| Datos cíclicos de E/S | Sí | Sí |
| Regla de correspondencia | Definida por el fabricante y configurada en cada equipo | Normalizada por PI (guía 7.012 y enmiendas) |
| Alarmas y diagnóstico de dispositivos subordinados | Parcial o no disponible, según el protocolo | Trasladados al modelo de diagnóstico PROFINET |
| Topología y estado de la red subordinada | Sin regla común | Incluidos en la correspondencia normalizada |
| Protocolos cubiertos | Cualquier protocolo | Protocolos con enmienda publicada por PI |
Beneficios del proxy en la operación y el mantenimiento
- Diagnóstico integrado. PROFINET define un modelo de alarmas basado en los estados «correcto» y «defectuoso», con los niveles de preaviso opcionales «mantenimiento requerido» y «mantenimiento exigido», además de alarmas de proceso con prioridad propia [1][4]. Cuando el proxy traslada los eventos del bus de campo a este modelo, la falla de un dispositivo subordinado se presenta en el controlador y en la HMI con los mismos mecanismos que la de un dispositivo PROFINET nativo.
- Direccionamiento coherente. El modelo de dispositivo PROFINET organiza la información en slots (ranuras), subslots (subranuras) e índices para el acceso acíclico [1]. Una correspondencia normalizada asigna los datos del bus de campo a esta estructura de forma predecible, lo que facilita la lectura y escritura de parámetros y simplifica la documentación.
- Identificación de activos. Las funciones I&M (Identification & Maintenance, identificación y mantenimiento) permiten identificar de manera unívoca dispositivos, módulos y submódulos, junto con sus versiones de hardware y firmware, y constituyen una base para la gestión de activos [1][5].
- Continuidad en automatización de procesos. La integración de PROFIBUS DP y PA abarca el intercambio de datos cíclicos y acíclicos, la parametrización de los dispositivos, el diagnóstico y el mantenimiento [1]. Los instrumentos existentes conservan así sus funciones avanzadas dentro de la nueva arquitectura.
- Ingeniería predecible. Como la correspondencia no depende de la configuración particular de cada equipo, la forma en que se presentan los datos es la misma de un proyecto a otro, lo que elimina ambigüedades en su interpretación [2].
Cuándo el gateway es la herramienta adecuada
El gateway aporta beneficios propios en escenarios específicos:
- Protocolos para los cuales PI no ha publicado una regla de integración, como algunos protocolos seriales o redes propietarias [2].
- Aplicaciones que solo requieren intercambiar un conjunto acotado de datos de proceso, sin necesidad de diagnóstico detallado de los dispositivos subordinados.
- Intercambio de datos entre sistemas de control independientes, en los que la red subordinada no se administra desde el controlador PROFINET.
En estos casos, es recomendable documentar con precisión la correspondencia de datos configurada y supervisar el estado de la comunicación con la red subordinada mediante la información de estado que el propio equipo ponga a disposición en sus datos cíclicos.
Criterios de selección
- Disponibilidad de una regla normalizada. Verificar si PI ha publicado una enmienda de integración para el protocolo en cuestión [3].
- Alcance de la información requerida. Determinar si basta con los datos de proceso o si se necesitan diagnóstico, parametrización y funciones de mantenimiento.
- Ciclo de vida de la instalación. En plantas de larga vida útil, la continuidad de las herramientas de diagnóstico y mantenimiento es un requisito explícito [1].
- Funciones implementadas. Confirmar en la hoja de datos, el manual y el archivo GSD del equipo qué funciones están efectivamente soportadas, tal como recomienda PI para cualquier función opcional [1].
- Certificación. Solicitar el certificado PROFINET del equipo, obligatorio para todo dispositivo que utilice esa denominación y emitido sobre la base de ensayos en laboratorios acreditados por PI [1].
Conclusión
El proxy y el gateway comparten un propósito: permitir que la inversión en redes existentes siga aportando valor dentro de una arquitectura PROFINET. La diferencia radica en el alcance de la integración. El gateway transfiere datos con la flexibilidad de adaptarse a cualquier protocolo; el proxy, apoyado en reglas normalizadas por PI, incorpora además el diagnóstico, las alarmas y la información de la red subordinada al modelo de PROFINET. Elegir entre ambos a partir de la disponibilidad de una regla normalizada y del nivel de información que exige la operación permite diseñar sistemas más fáciles de mantener durante toda su vida útil.
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Este artículo es parte de nuestra guía de comunicaciones industriales.
Referencias
[1] PROFIBUS & PROFINET International (PI). PROFINET System Description – Technology and Application. N.º de pedido 4.132, versión noviembre de 2018.
[2] PI North America. PROFINET Proxies and Gateways. https://us.profinet.com/profinet-proxies-gateways/
[3] PROFIBUS & PROFINET International (PI). Fieldbus Integration into PROFINET Guideline. N.º de pedido 7.012, V2.1, con enmiendas 1 (PROFIBUS, V2.2), 2 (INTERBUS), 3 (AS-Interface), 4 (HART, V1.07.2), 6 (Foundation Fieldbus) y 7 (CANopen). https://www.profibus.com/download/fieldbus-integration-into-profinet-io-guideline
[4] PROFIBUS & PROFINET International (PI). Diagnosis for PROFINET – Guideline for PROFINET. N.º de pedido 7.142.
[5] PROFIBUS & PROFINET International (PI). Profile Guidelines Part 1: Identification & Maintenance Functions. N.º de pedido 3.502.
