Durante décadas, el nivel de campo de la automatización de procesos se ha apoyado en lazos de 4–20 mA, en HART y en buses de campo como PROFIBUS PA. Estas tecnologías han demostrado robustez y aptitud para áreas clasificadas, pero imponen límites de ancho de banda y obligan a introducir pasarelas entre el instrumento y la red Ethernet de la planta. PROFINET sobre Ethernet-APL (Advanced Physical Layer, capa física avanzada) elimina esa frontera: lleva Ethernet, con alimentación y seguridad intrínseca, directamente hasta transmisores, analizadores y posicionadores de válvula, incluso en áreas Zona 0. Este artículo describe la tecnología, la base normativa que la sustenta y los beneficios que ofrece a ingenieros de instrumentación y control.
Ethernet-APL: una capa física diseñada para procesos
Ethernet-APL se basa en la variante 10BASE-T1L, definida en la norma IEEE Std 802.3cg-2019, aprobada en noviembre de 2019 [1]. Esta variante establece una comunicación Ethernet punto a punto de 10 Mbit/s en modo full duplex (bidireccional simultáneo) sobre un único par trenzado.
Sobre esa base, la especificación técnica IEC TS 63444 define los perfiles de puerto Ethernet-APL. Entre sus características se encuentran la topología trunk and spur (troncal y derivación), la tecnología de dos hilos, distancias de cable de hasta 1.000 m, la seguridad intrínseca para instalar equipos Ethernet en áreas peligrosas y la alimentación del instrumento por el mismo par que transporta los datos [2].
Ethernet-APL es una capa física y, por lo tanto, es independiente del protocolo de aplicación. Cuando el protocolo transportado es PROFINET, el conjunto se denomina PROFINET over APL (PROFINET sobre APL).
La edición 2026 de IEC TS 63444 incorporó una nueva clase de potencia para Ethernet-APL, añadió el perfil Ethernet-SPE (Single Pair Ethernet con alimentación PoDL, Power over Data Lines) para instalaciones no intrínsecamente seguras en automatización de manufactura y de edificios, y aclaró el uso de Ethernet-APL en ubicaciones no peligrosas [2]. Con ello, la misma base tecnológica se extiende también al ámbito de factory automation.
Arquitectura: trunk, spur y switches de campo
Una red Ethernet-APL se compone de dos tipos de segmento, cuyas características se resumen en la siguiente tabla [3]:
| Parámetro | Trunk (troncal) | Spur (derivación) |
|---|---|---|
| Modo de transmisión 10BASE-T1L | 2,4 Vpp | 1,0 Vpp |
| Longitud máxima de cable | 1.000 m | 200 m |
| Función principal | Potencia y datos hacia los switches de campo | Potencia y datos hacia los instrumentos de campo |
| Seguridad intrínseca | Aplicaciones no intrínsecamente seguras | En general, aplicaciones intrínsecamente seguras |
| Potencia de la fuente | Hasta 57,5 W (una clase) | 0,54 W o 1,1 W (dos clases) |
La guía de ingeniería Ethernet-APL describe dos alternativas de arquitectura [4]. En la primera, los switches de campo (field switches) se conectan directamente a la red Ethernet industrial de 100 Mbit/s en topología estrella. En la segunda, un power switch (switch de alimentación) convierte la Ethernet industrial de 100 Mbit/s a Ethernet-APL de 10 Mbit/s y alimenta, mediante un trunk, a los switches de campo, que a su vez energizan a los instrumentos a través de los spurs [4].
En ambos casos, cada instrumento dispone de un enlace punto a punto propio hacia un puerto del switch. Esta característica confina cualquier falla de cableado al spur afectado y facilita el diagnóstico de la capa física, puerto por puerto.
Seguridad intrínseca simplificada con 2-WISE
La especificación IEC TS 60079-47 define el concepto 2-WISE (2-Wire Intrinsically Safe Ethernet, Ethernet intrínsecamente segura de dos hilos) para la capa física 10BASE-T1L. Su objetivo es simplificar la verificación de los parámetros de seguridad intrínseca de componentes y cables dentro de los segmentos APL. Para ello, establece límites universales de parámetros para los puertos APL según los requisitos del área peligrosa y un conjunto acotado de reglas para la configuración del segmento [5].
Los requisitos de construcción e instalación de IEC 60079-11, IEC 60079-14 e IEC 60079-25 se mantienen vigentes, salvo en lo que IEC TS 60079-47 modifica [5]. En la práctica, la verificación de seguridad intrínseca de un enlace se reduce a comprobar la compatibilidad de los puertos y del cable conforme a las reglas del concepto, sin necesidad de un cálculo detallado de parámetros de entidad para cada combinación de equipos. Esto reduce el esfuerzo de ingeniería, la documentación requerida y el riesgo de error en proyectos con un gran número de instrumentos.
Reutilización del cableado existente
El cable de referencia para los segmentos Ethernet-APL es el cable de bus de campo tipo A, especificado en IEC 61158-2 [4], [6]. Este punto es relevante en proyectos brownfield (ampliación o modernización de plantas existentes): las instalaciones de bus de campo con cable tipo A pueden evaluarse para su reutilización. La guía de ingeniería dedica capítulos específicos a las mediciones de cable y a la migración de sistemas de bus de campo existentes, que permiten validar cada tramo antes de su puesta en servicio [4].
PROFINET sobre APL: un solo protocolo del controlador al instrumento
Al combinar Ethernet-APL con PROFINET, el mismo protocolo se emplea desde el controlador hasta el sensor o el actuador. Esto elimina los acopladores y pasarelas intermedias, y amplía de forma significativa el ancho de banda disponible en el nivel de campo: los 10 Mbit/s de Ethernet-APL se comparan con los 31,25 kbit/s de la tecnología MBP (Manchester Coded, Bus Powered) definida en IEC 61158-2 para PROFIBUS PA [6]. Esta capacidad adicional permite transmitir, junto con los datos cíclicos de proceso, información de diagnóstico, parametrización y gestión de activos sin afectar el control.
Perfil PA 4.0: comportamiento uniforme de los instrumentos
PI (PROFIBUS & PROFINET International) desarrolló el perfil PA 4.0 como una especificación independiente del protocolo de comunicación: todos sus parámetros y funciones pueden utilizarse tanto con PROFINET como con PROFIBUS. Entre sus aportes se encuentra la disponibilidad de todos los diagnósticos de la recomendación NAMUR NE 107 mediante archivos GSD de perfil [7], [9].
La implementación del perfil PA 4.0 en instrumentos con PROFINET sobre APL habilita flujos de trabajo de reemplazo automático de dispositivos, incluso entre instrumentos de distintos fabricantes [8]. Para el personal de mantenimiento, esto significa que un instrumento nuevo solo debe conectarse al mismo puerto que ocupaba el anterior.
Funciones específicas para plantas de proceso
PROFINET incorpora funciones orientadas a los requisitos de las plantas de operación continua: configuración en marcha (Configuration in Run, CiR), sincronización de tiempo con estampado de tiempo (time stamping) y redundancia escalable [10]. PI define cuatro configuraciones de redundancia de sistema: S1, S2, R1 y R2 [11]. La configuración S2 resulta especialmente adecuada para instrumentos de campo: un dispositivo con una sola interfaz establece una relación de aplicación (Application Relation, AR) con cada uno de los dos controladores redundantes [11]. De este modo, un instrumento con un único puerto APL puede integrarse en un sistema de control de alta disponibilidad.
Beneficios para el diseño y la operación
En síntesis, PROFINET sobre Ethernet-APL ofrece los siguientes beneficios:
- Arquitectura simplificada: un solo protocolo y una sola red desde el controlador hasta el instrumento, sin pasarelas intermedias.
- Mayor acceso a datos: 10 Mbit/s en el nivel de campo para datos de proceso, diagnóstico ampliado y gestión de activos.
- Ingeniería de áreas clasificadas más eficiente: verificación de seguridad intrínseca basada en las reglas de 2-WISE.
- Distancias adecuadas a plantas de proceso: trunks de hasta 1.000 m y spurs de hasta 200 m.
- Protección de la inversión: posibilidad de reutilizar cable tipo A de instalaciones de bus de campo existentes, previa verificación.
- Mantenimiento estandarizado: diagnósticos NAMUR NE 107 y reemplazo automático de instrumentos con el perfil PA 4.0.
- Alta disponibilidad: configuración en marcha y redundancia de sistema S2.
Conclusión
PROFINET sobre Ethernet-APL cierra la brecha que históricamente separó al instrumento de campo de la red Ethernet de la planta. Su base normativa —IEEE 802.3cg para la capa física, IEC TS 63444 para los perfiles de puerto e IEC TS 60079-47 para la seguridad intrínseca— entrega un marco sólido y abierto para proyectos nuevos y de modernización. Para las industrias de minería, celulosa, alimentos y utilities, esta tecnología representa una vía concreta para incorporar el instrumento de campo a la estrategia de digitalización, manteniendo los requisitos de robustez, seguridad intrínseca y disponibilidad propios de la automatización de procesos.
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Este artículo es parte de nuestra guía de comunicaciones industriales.
Referencias
[1] IEEE. IEEE Std 802.3cg-2019 — IEEE Standard for Ethernet, Amendment: Physical Layer Specifications and Management Parameters for 10 Mb/s Operation and Associated Power Delivery over a Single Balanced Pair of Conductors. Aprobada el 7 de noviembre de 2019.
[2] IEC. IEC TS 63444:2026 — Industrial networks – Ethernet-APL port profile / Ethernet-SPE profile specification. Ginebra: IEC, 2026.
[3] PROFIBUS & PROFINET International. Power Test Specification Ethernet-APL, Order No. 2.682. https://profibus.com/download/power-test-specification-ethernet-apl
[4] Ethernet-APL. Ethernet-APL Engineering Guideline, versión 1.0. https://www.fieldcommgroup.org/sites/default/files/imce_files/technology/documents/Ethernet_APL_Engineering_Guideline_v1.0.pdf
[5] IEC. IEC TS 60079-47:2021 — Explosive atmospheres – Part 47: Equipment protection by 2-wire intrinsically safe Ethernet concept (2-WISE). Ginebra: IEC, 2021.
[6] IEC. IEC 61158-2 — Industrial communication networks – Fieldbus specifications – Part 2: Physical layer specification and service definition. Ginebra: IEC.
[7] PROFIBUS & PROFINET International. New PA Profile – now for PROFINET too. https://www.profibus.com/newsroom/press-news/new-pa-profile-now-for-profinet-too
[8] PROFIBUS & PROFINET International. First devices with PROFINET over APL and PA Profile 4 on the start. https://profibus.com/newsroom/press-news/first-devices-with-profinet-over-apl-and-pa-profile-4-on-the-start
[9] NAMUR. NE 107 — Self-Monitoring and Diagnosis of Field Devices.
[10] PI North America. Open to New Ways – PROFINET in Process Automation (white paper). https://us.profinet.com/white-paper/open-to-new-ways-profinet-in-process-automation/
[11] PROFIBUS & PROFINET International. PROFINET Planning Guideline Redundancy, Order No. 8.132, versión 1.0, mayo de 2023. https://se.profibus.com/fileadmin/media/downloadsection/installation_guide/PROFINET_Planning_Redundancy_8132_V100_May_23.pdf
