OPC UA y PROFINET


PROFINET y OPC UA son dos protocolos que tienen cierta superposición en las industrias de automatización y procesos. Pero, entender qué protocolo usar en determinadas partes de una red puede causar confusión. En una planta nueva, ¿debería utilizar PROFINET u OPC UA para implementar lazos de control local? ¿Qué pasa con los datos de rendimiento de una célula de automatización?  ¿Qué protocolo es el que mejor desempeño tendrá para transmitir el estado de producción en tiempo real hasta las oficinas corporativas?

Para responder a estas preguntas, debemos comprender algunas de las diferencias de bajo nivel entre estos protocolos. Tanto PROFINET como OPC UA intercambian los mismos tipos de datos, pero lo hacen de dos maneras muy diferentes. PROFINET intercambia datos de tiempo crítico en un formato estrictamente controlado, diseñado para facilitar el procesamiento rápido, minimizar la sobrecarga del procesador y permitir que se puedan ejecutar lazos de control con constantes de tiempo relativamente pequeñas (~ 1 ms) en toda la red. Por otro lado, OPC UA puede intercambiar casi cualquier tipo de información.  Fue diseñado para permitir la comunicación flexible, al costo de ocasionar un procesamiento más lento, una mayor latencia y más sobrecarga del procesador.

Históricamente, los dos protocolos han cumplido dos roles diferentes. PROFINET se utiliza típicamente para la comunicación de datos en tiempo real entre los dispositivos de campo y los controladores locales. Por el contrario, OPC UA se utiliza generalmente para la comunicación entre los controladores y los historians de nivel superior, los sistemas MES y los sistemas SCADA.

Jerarquía de Red OPC UA

Las redes PROFINET constan de controladores y dispositivos.  Del mismo modo, las redes OPC UA constan de clientes y servidores.  Un servidor proporciona algunos datos y los clientes consumen los datos.  Por lo general, esto significa que un controlador PROFINET también puede implementar un servidor OPC UA para pasar datos a clientes OPC UA, como HMIs, sistemas de ingeniería, o incluso la nube:

OPC UA y PROFINET apuntan a resolver dos necesidades diferentes en el ecosistema de la comunicación industrial. OPC UA se emplea para el monitoreo y diagnóstico del sistema, mientras que PROFINET se utiliza para implementar lazos de control local y procesamiento.

Sin embargo, esta distinción clara comienza a difuminarse cuando los dispositivos PROFINET implementan sus propios servidores OPC UA, y los controladores PROFINET implementan clientes OPC UA además de los servidores.  Ahora, es posible la  interconexión desde el HMI o el sistema de ingeniería directamente a los dispositivos de campo. Estas nuevas tendencias  evolucionan fuera de la jerarquía tradicional.

La implementación generalizada de los clientes y servidores OPC UA difumina la línea entre los sistemas de control local y remoto.

Diferencias de Rendimiento

Esta confusión se encuentra en el núcleo de las preguntas sobre OPC UA.  ¿Es un protocolo de automatización?  ¿Es un protocolo SCADA?  ¿Puede intercambiar datos e información en tiempo real? ¿Reemplazará a PROFINET, Ethernet/IP, SERCOS, EtherCAT, o cualquier otro protocolo de automatización basado en Ethernet? La respuesta a cada una de estas preguntas es «tal vez», pero en algunos casos, «no es probable» es una mejor respuesta. Echemos una mirada a las características de OPC UA y PROFINET  para trazar una línea entre sus casos de aplicación:

 PROFINETOPC UA
Ciclo de tiempoGeneralmente entre 0.125 - 512 ms~200ms, dependiendo de la capacidad del servidor
Jitter0.001 - 1 milisegundos10-100 milisegundos
Formato de datosFormato de datos definido de manera precisa usando un conjunto pequeño de estructuras.Formato de datos orientado a objetos con la flexibilidad de adaptarse a cualquier tipo de datos.
Límites de la redPROFINET no es ruteable y no puede pasar a través de las redes.OPC UA es un protocolo ruteable y puede ser utilizado para conexiones entre redes e inclusive por internet.
Intercambio cíclico de datosDesempeño garantizadoDesempeño adecuado (método Best Effort)

Al mirar los datos, OPC UA no cumple con los requisitos necesarios para ser un verdadero protocolo de control en tiempo real. Es demasiado lento para implementar lazos de control para la mayoría de las aplicaciones de movimiento. Por lo tanto, si bien se puede ver que OPC UA aparece en las hojas de datos de los dispositivos I/O junto a PROFINET, es una característica que ocupa un rol claramente diferente. OPC UA es ideal para trasladar información a sistemas de nivel superior, pero PROFINET forma la columna vertebral para las arquitecturas de sistemas de I/O distribuidos y de control.