En una red PROFINET IO, el cable es mucho más que un medio de conexión: es el componente que determina la integridad de las señales entre los controladores (IO Controllers) y los dispositivos de campo (IO Devices). Sus características eléctricas, mecánicas y de apantallamiento inciden directamente en la disponibilidad de la comunicación, en la inmunidad frente a perturbaciones electromagnéticas y en la vida útil de la instalación. Por esta razón, PROFIBUS & PROFINET International (PI) define requisitos específicos para cables y conectores, alineados con la normativa internacional de instalación de redes industriales [1][2][3].
Este artículo revisa las características principales de los cables de cobre y de fibra óptica para PROFINET IO, los tipos definidos según la aplicación y los beneficios que se derivan de cada uno.
Marco normativo de la infraestructura PROFINET
La infraestructura pasiva de PROFINET se describe en la guía PROFINET Cabling and Interconnection Technology (PI, Order No. 2.252), que se apoya en IEC 61918, norma de instalación de redes de comunicación en instalaciones industriales [1][2]. El perfil de instalación específico para la familia de protocolos CPF 3, a la que pertenece PROFINET, se establece en IEC 61784-5-3 [3]. Complementariamente, la guía de montaje de PI traduce estos requisitos en prácticas concretas de tendido, conectorización y puesta a tierra [4].
Un requisito transversal es utilizar únicamente cables y conectores para los cuales el fabricante haya emitido una declaración de fabricante PROFINET (PROFINET manufacturer declaration) [4]. Esta exigencia permite al diseñador trabajar con componentes cuyo desempeño ha sido declarado conforme a la especificación, lo que simplifica la ingeniería y la posterior verificación de la red.
Construcción del cable de cobre de dos pares
El cable PROFINET estándar para 100 Mbit/s es un cable redondo de cuatro conductores, cableados en configuración de cuadrete en estrella (star quad) [4]. En esta geometría, los conductores diametralmente opuestos forman un par, lo que reduce la sensibilidad a las perturbaciones electromagnéticas y mantiene la simetría del par a lo largo de todo el cable [4]. Los conductores son de sección AWG 22 y el desempeño de transmisión corresponde a la categoría 5 según ISO/IEC 11801 [1][5].
La identificación de los conductores es uniforme, lo que facilita la conectorización en terreno y la verificación durante la puesta en marcha [4]:
| Par | Color | Señal | Contacto RJ45 | Contacto M12 |
|---|---|---|---|---|
| 1 (transmisión) | Amarillo | TD+ | 1 | 1 |
| 1 (transmisión) | Naranja | TD– | 2 | 3 |
| 2 (recepción) | Blanco | RD+ | 3 | 2 |
| 2 (recepción) | Azul | RD– | 6 | 4 |
El conjunto de conductores está rodeado por una lámina de aluminio recubierta de plástico y por una malla general de alambres de cobre estañado [4]. Esta pantalla doble ofrece protección frente a acoplamientos capacitivos e inductivos en un amplio rango de frecuencias. Para que sea efectiva en alta frecuencia, la pantalla debe conectarse a la red equipotencial en ambos extremos, lo que normalmente se materializa a través del conector; además, los equipos deben contar con su propia puesta a tierra local [4][6].
La longitud máxima de un canal PROFINET (PROFINET channel) de cobre entre dos participantes es de 100 m [4].
Tipos A, B y C: el cable adecuado para cada esfuerzo mecánico
PI clasifica los cables de cobre según el tipo de instalación al que están destinados [1][4]:
| Tipo | Construcción del conductor | Aplicación |
|---|---|---|
| A | Rígido (alambre sólido) | Instalación fija, sin movimiento posterior |
| B | Flexible (conductor cableado) | Movimientos ocasionales o vibraciones |
| C | Altamente flexible | Movimiento permanente: cadenas portacables, festones o torsión |
La guía de montaje recomienda preferir el tipo B en la construcción de máquinas y plantas, dado que las vibraciones son habituales en esos entornos [4]. Para aplicaciones con torsión frecuente, como los robots, se utilizan cables específicamente diseñados para resistirla. Asimismo, un cable apto para cadena portacables no es necesariamente apto para suspensión en festón, por lo que la aplicación debe verificarse en la hoja de datos [4].
El beneficio de esta clasificación es directo: al asociar la construcción del conductor con el esfuerzo mecánico esperado, se reduce el riesgo de fractura de conductores y de degradación progresiva de las propiedades de transmisión, causas habituales de fallas intermitentes. La selección del material de la cubierta según el entorno químico, térmico o de comportamiento ante el fuego complementa esta decisión, materia que fue abordada en un artículo anterior de este blog.
Cuatro pares para 1 Gbit/s
Para velocidades de 1 Gbit/s se requieren cables de cuatro pares y conectores de ocho contactos, ya sea RJ45 o M12 con codificación X [4]. La asignación de contactos puede seguir el esquema T568A o T568B, el cual debe definirse antes de iniciar la instalación para mantener la coherencia en toda la planta [4]. Esta alternativa permite incorporar en la misma infraestructura aplicaciones de mayor ancho de banda, como la transmisión de imágenes o la agregación de tráfico en troncales.
Conectores y grado de protección
El tipo de conector queda determinado por la interfaz del dispositivo, y su selección responde al grado de protección requerido [4]:
- RJ45 (IP20): uso al interior de gabinetes y salas eléctricas.
- RJ45 en carcasa push-pull (IP65/67): uso en campo, conservando la interfaz RJ45.
- M12 con codificación D (IP65/67): cuatro contactos, para 100 Mbit/s en entornos exigentes.
- M12 con codificación X (IP65/67): ocho contactos, para 1 Gbit/s.
Los conectores híbridos integran la alimentación del dispositivo y la comunicación PROFINET en un mismo conector, lo que reduce el esfuerzo de instalación [4].
Fibra óptica: inmunidad electromagnética y mayores distancias
La fibra óptica ofrece inmunidad total a las perturbaciones electromagnéticas, aislamiento galvánico entre los extremos —por lo que no requiere conexión equipotencial entre ellos— y alcances superiores a los del cobre. Por estas razones, PI la recomienda para tramos exteriores y para la interconexión entre edificios [4].
| Fibra | Longitud máxima | Atenuación máxima |
|---|---|---|
| POF (plastic optical fiber) | 50 m | 160 dB/km a 650 nm |
| PCF (plastic cladded fiber) | 100 m | 10 dB/km a 650 nm |
| Multimodo de vidrio | 2.000 m | 1,5 dB/km a 1300 nm |
| Monomodo de vidrio | 14.000 m | 0,5 dB/km a 1300 nm |
En el caso de la fibra POF, cada conector adicional en el enlace reduce la longitud máxima admisible: 43,5 m con un conector adicional y 37 m con dos [4]. Los conectores habituales son el SC-RJ dúplex (IP20) y su variante push-pull (IP65/67), además del conector híbrido M12 [4]. Durante la instalación, el radio mínimo de curvatura de los cables de fibra suele ser de al menos 15 veces su diámetro [4].
Ethernet-APL: PROFINET hasta el instrumento de proceso
Para la automatización de procesos, Ethernet-APL (Advanced Physical Layer, capa física avanzada) extiende PROFINET hasta los instrumentos de campo. Se basa en la capa física 10BASE-T1L de IEEE 802.3cg-2019, que transmite 10 Mbit/s en modo dúplex completo sobre un único par trenzado [7][8].
El cable de referencia para Ethernet-APL es el cable de bus de campo tipo A definido en IEC 61158-2 [8][9]. Esta elección permite evaluar la reutilización de cableado existente en plantas de proceso, sujeta a la verificación de sus parámetros. Con cables de categoría IV, los segmentos troncales (trunk) alcanzan hasta 1.000 m y las derivaciones (spurs) hasta 200 m [8]. Las derivaciones pueden implementarse con protección intrínsecamente segura según el concepto 2-WISE de IEC TS 60079-47, lo que habilita la conexión directa de instrumentos en áreas clasificadas [10].
Prácticas de instalación que preservan las características del cable
Las propiedades declaradas en la hoja de datos solo se mantienen si la instalación respeta los límites del cable [4]:
- Separación respecto de cables de potencia: según EN 50174-2, la distancia mínima base es de 10 mm sin barrera, 8 mm en bandeja metálica abierta, 5 mm en bandeja perforada y 0 mm en canalización metálica cerrada; este valor se multiplica por un factor que depende del número de circuitos de potencia, y PI recomienda duplicar el resultado [4][11]. Los cruces deben realizarse en ángulo recto.
- Radio de curvatura: no inferior a 10 veces el diámetro del cable para una curvatura única, y del orden de 20 veces cuando se prevén curvaturas repetidas [4].
- Temperatura: el rango típico para cables instalados sin movimiento es de –20 °C a +70 °C; en aplicaciones con movimiento, el rango se reduce y debe verificarse en la hoja de datos [4].
- Alivio de tracción: debe instalarse a unos 30 cm del punto de conexión; la abrazadera de pantalla no cumple esta función [4].
- Pantallas en gabinetes: deben conectarse a la tierra funcional en la entrada del gabinete, con contacto de gran superficie [4][6].
Conclusión
Las características de los cables PROFINET IO —geometría en cuadrete en estrella, doble apantallamiento, clasificación mecánica en tipos A, B y C, conectores según el grado de protección y alternativas en fibra óptica y Ethernet-APL— responden a requisitos normativos concretos. Seleccionar el cable a partir de estos criterios, y respetar sus límites durante la instalación, se traduce en mayor disponibilidad de la red, menor tiempo de diagnóstico y una infraestructura preparada para la evolución de la planta.
Referencias
[1] PROFIBUS & PROFINET International. PROFINET Cabling and Interconnection Technology – Guideline for PROFINET. Order No. 2.252.
[2] IEC 61918:2018. Industrial communication networks – Installation of communication networks in industrial premises.
[3] IEC 61784-5-3:2018. Industrial communication networks – Profiles – Part 5-3: Installation of fieldbuses – Installation profiles for CPF 3.
[4] PROFIBUS & PROFINET International. PROFINET Assembling Guideline. Order No. 8.072 / 8.071, versión 2.12, septiembre de 2022.
[5] ISO/IEC 11801. Information technology – Generic cabling for customer premises.
[6] PROFIBUS & PROFINET International. Functional Bonding and Shielding of PROFIBUS and PROFINET. Order No. 8.101, versión 3.1, 2022.
[7] IEEE 802.3cg-2019. IEEE Standard for Ethernet – Amendment 5: Physical Layer Specifications and Management Parameters for 10 Mb/s Operation and Associated Power Delivery over a Single Balanced Pair of Conductors.
[8] Ethernet-APL. Ethernet-APL Engineering Guideline. PI Order No. 8.121.
[9] IEC 61158-2. Industrial communication networks – Fieldbus specifications – Part 2: Physical layer specification and service definition.
[10] IEC TS 60079-47:2021. Explosive atmospheres – Part 47: Equipment protection by 2-wire intrinsically safe Ethernet concept (2-WISE).
[11] EN 50174-2:2018. Information technology – Cabling installation – Part 2: Installation planning and practices inside buildings.
