La comunicación en entornos industriales modernos exige soluciones de red que sean no solo rápidas y fiables, sino también capaces de operar en condiciones adversas y de adaptarse a las crecientes demandas de automatización. En este contexto, la fibra óptica multimodo (MMF) ha emergido como una tecnología clave, particularmente cuando se integra en protocolos de comunicación industrial como PROFIBUS y su sucesor, PROFINET. Este artículo explora la naturaleza de la fibra óptica multimodo, su aplicación específica en redes PROFIBUS, y cómo estas soluciones contribuyen a la robustez y escalabilidad de los sistemas de automatización industrial.
Fundamentos de la Fibra Óptica Multimodo
La fibra óptica multimodo es un tipo de cable de fibra óptica que se distingue por su núcleo relativamente grande, lo que permite la propagación de múltiples modos de luz simultáneamente. Este diseño es fundamental para su funcionamiento y sus aplicaciones.
Características Clave de la Fibra Óptica Multimodo
La fibra óptica multimodo es mayormente utilizada en el ámbito de la comunicación en distancias cortas, como por ejemplo en un edificio o un campus. Los enlaces multimodo típicos tienen una velocidad de datos desde los 10 Mbit/s a los 10 Gbit/s en distancias de hasta 600 metros (2000 pies). El equipo utilizado para las comunicaciones sobre fibra óptica multimodo es más barato que el utilizado para la fibra óptica monomodo. Dada su alta capacidad y fiabilidad, la fibra óptica multimodo se utiliza generalmente para aplicaciones troncales en edificios.
Gracias al mayor diámetro y también a la posibilidad de una apertura numérica mayor, la fibra óptica multimodo tiene una capacidad de recolección de luz mayor que la fibra óptica monomodo. En términos prácticos, el mayor tamaño del núcleo simplifica las conexiones y también permite el uso de componentes electrónicos de bajo coste como diodos emisores de luz o VCSEL los cuales operan en una longitud de onda desde los 850 hasta los 1300 nanómetros.
Limitaciones y Dispersión
Comparada con su antecesora (la fibra monomodo), la fibra óptica multimodo posee un producto ancho de banda-distancia menor. Las fuentes de luz LED, en ocasiones utilizadas en la fibra óptica multimodo, producen un rango de longitudes de ondas y estas se propagan a diferentes velocidades. Esta dispersión cromática es otro límite de la longitud útil del cable de fibra óptica. En contraste, los láseres utilizados para conducir la luz en la fibra óptica monomodo producen una luz coherente de sólo una longitud de onda.
Tipos y Estándares de Fibra Multimodo
A lo largo del tiempo, se han desarrollado diferentes categorías de fibra multimodo para mejorar su rendimiento. El cableado OM4 se finalizó en agosto de 2009, y fue publicado al final del mismo año. El cableado OM4 soportaría conexiones de 125 metros entre 40 y 100 Gbit/s. Durante muchos años, el OM1 y OM2 tuvieron muy diversas aplicaciones. Las fibras con designación OM3 proveen el ancho de banda suficiente para soportar conexiones Ethernet de 10 Gbit/s hasta los 300 metros.
Los LEDs tienen una tasa de modulación máxima de 622 Mbit/s ya que no pueden ser encendidos o apagados lo suficientemente rápido para soportar aplicaciones que requieran un ancho de banda mayor. La dispersión modal de los VCSEL es medida por el “differential modal delay” (DMD). Ésta es causada por diferentes velocidades en modos individuales de un pulso de luz. El efecto red causa que la luz se esparza conforme va aumentando la distancia. Cuando mayor sea la distancia, mayor será la dispersión.
A veces se usa el color de la funda para distinguir los cables multimodo de los monomodo.
PROFIBUS y la Transmisión por Fibra Óptica
PROFIBUS (PROcess FIeld BUS) es un estándar de comunicación de automatización de campo ampliamente utilizado en la industria. Si bien tradicionalmente se ha asociado con cables de cobre, la transmisión por fibra óptica ofrece ventajas significativas, especialmente en entornos desafiantes. La transmisión por fibra óptica PROFIBUS es uno de los cuatro medios de transmisión recomendados por la norma internacional IEC61158Tipo-3: Profibus.
Ventajas de la Fibra Óptica en PROFIBUS
La principal ventaja de la fibra óptica en redes PROFIBUS es su fuerte capacidad de interferencia antielectromagnética. Esto se debe a que la fibra óptica no utiliza tierra común y ofrece protección contra rayos, lo que la hace ideal para entornos industriales con altos niveles de ruido eléctrico. Además, permite la transmisión de larga distancia, superando las limitaciones de los cables de cobre.
Módulos y Soluciones de Fibra Óptica para PROFIBUS
La integración de fibra óptica en redes PROFIBUS se facilita mediante módulos y dispositivos especializados.
El Módulo ComBricks FO Ring MM
El módulo de anillo de fibra óptica ComBricks para tecnología multimodo (ComBricks FO Ring MM) garantiza una transmisión óptica confiable de datos en redes PROFIBUS. Este módulo multifuncional está diseñado específicamente por AnyBus Diagnostic para crear topologías ópticas en anillo redundantes con fibra óptica multimodo. Permite largas distancias de cable de hasta 5 km y un aislamiento galvánico entre dispositivos y segmentos.
El módulo ComBricks FO Ring MM es especialmente adecuado para aplicaciones en entornos EMC pesados, como petróleo y gas, tratamiento de residuos y grúas. Contiene LEDs de diagnóstico que indican la detección de un nivel bajo en la óptica. Al igual que cualquier otro módulo de comunicación, los canales se conectan directamente al núcleo ProfiTrace OE en el módulo principal Head Station. Una funcionalidad avanzada de correo electrónico te avisará cuando surjan fallos como un nivel bajo o un anillo roto. ComBricks FO Ring MM se puede colocar al lado de módulos repetidores que permiten el diagnóstico de la línea derivada. También se puede utilizar fácilmente como módulos de fibra óptica mezclados con segmentos de cobre.
La Serie YT-PB-06K
La serie YT-PB-06K ofrece módulos de enlace de fibra óptica PROFIBUS que se pueden utilizar para el grupo de comunicación de fibra óptica PROFIBUS, y tienen un bus con estructura estelar. La estructura de malla en anillo puede formar una red de transmisión de fibra óptica redundante. Esta serie tiene dos modelos:
- YT-PB-06km (multimodo)
- YT-PB-06KS (modo único)
Las características clave de la serie YT-PB-06K incluyen:
- Interfaz estándar Profibus-DP.
- Adaptabilidad de la velocidad de comunicación Potter, 9600-12 mega PS.
- La fibra puede alcanzar los 20 km de largo (para modo único). Para multimodo, la distancia de transmisión es de 2 km.
- La interfaz utiliza terminales industriales e interfaces Profibus-DP estándar para facilitar la conexión in situ.
- El método de entrada de fuente de alimentación amplia DC9-30V puede satisfacer diversas necesidades del sitio industrial.
- Utiliza un dispositivo industrial estándar de 35 mm.
Las especificaciones de la interfaz de fibra son:
- Longitud de onda de la fibra: multimodo: 850 nm, 1310 Nm; chip único: 1310NM, 1550NM.
- Fibra de transferencia: fibra multimodo 50/125, 62.5/125, 100/140um; modo único: 8,3/125, 9/125um, 10/125um.
- Distancia de transmisión: 2 km multimodo, 20 km monomodo.
- Tipo de interfaz de fibra óptica: interfaz ST.
VRP10-O: Conversión Profibus-PA a Fibra Óptica
El VRP10-O fue diseñado para ser utilizado en redes Profibus-PA, permitiendo que las interfaces eléctricas Profibus-PA (H1, 31.25 kbits / s) se conviertan en interfaces ópticas y viceversa. Esto permite la comunicación half-duplex a distancias de hasta 4 km con beneficios de inmunidad EMI. Dado que la fibra óptica es inmune a los circuitos EMI / RFI y de tierra, el VRP10-O garantiza una alta integridad y disponibilidad de la señal a la red Profibus-PA. Soporta fibra óptica dual o simple, multimodo 62,5 ó 50/125 micrómetros.
Otros Dispositivos Relacionados
Además de los módulos de comunicación, existen otros dispositivos que complementan las redes PROFIBUS con fibra óptica, como el VBT10, un terminador de bus para redes digitales PROFIBUS-PA y Foundation fieldbus, y el VHC10-F, diseñado para crear un canal adicional de 4-20 mA en el campo a dispositivos que no poseen esta característica, funcionando como indicador HART. El VRI10 es un indicador remoto para redes Profibus-PA (hasta 10 canales) o 4-20 mA (hasta 2 canales).
De PROFIBUS a PROFINET: La Evolución de la Comunicación Industrial
Si bien PROFIBUS sigue siendo un estándar robusto, la industria de la automatización ha avanzado hacia PROFINET, el estándar de red industrial líder mundial. PROFINET está diseñado para conectar dispositivos industriales con varios tipos de equipamiento productivo, como motores, sensores y otros dispositivos electrónicos, garantizando un rendimiento óptimo gracias a sus soluciones innovadoras.