En los controladores lógicos programables (PLC) y los sistemas de control distribuido (DCS), la elección entre E/S cableadas y E/S seriales se vuelve especialmente crítica debido a la naturaleza en tiempo real de estos sistemas y las complejidades asociadas de los procesos industriales.
A continuación, desglosaré las características de cada uno en estos sistemas específicos.
E/S cableadas
A continuación, se enumeran los puntos principales que debemos analizar sobre las E/S cableadas.
- Conexión directa
- Respuesta en tiempo real
- Complejidad del cableado
- Flexibilidad limitada
- Fiabilidad
- Integridad de la señal
- Idoneidad
- Aplicaciones críticas para la seguridad
1. Conexión directa
Las E/S cableadas se conectan directamente al PLC o DCS. Cada dispositivo de entrada o salida tiene una línea dedicada que regresa al controlador.
2. Respuesta en tiempo real
Estas E/S generalmente están diseñadas para tareas de control en tiempo real. Se utilizan especialmente en aplicaciones sensibles al tiempo, como control de procesos, interbloqueos y paradas de emergencia, donde se requiere una acción inmediata.
3. Complejidad del cableado
Para sistemas grandes con numerosos puntos de E/S, las soluciones cableadas pueden volverse engorrosas, requiriendo un cableado extenso y gabinetes de control más grandes.
4. Flexibilidad limitada
Modificar o expandir un sistema cableado puede requerir mucho trabajo debido a la necesidad de recableado físico.
5. Fiabilidad
Las E/S cableadas suelen considerarse más confiables para tareas críticas debido a su naturaleza sencilla, punto a punto, lo que reduce el riesgo de fallas de comunicación.
6. Integridad de la señal
La integridad de la señal suele ser mejor con conexiones cableadas, especialmente en entornos con mucha interferencia electromagnética (EMI) en comparación con la comunicación en serie.
7. Idoneidad
Más adecuadas para sistemas más pequeños o en escenarios donde la confiabilidad y la velocidad son de suma importancia.
8. Seguridad
Las E/S cableadas se utilizan principalmente en aplicaciones críticas para la seguridad, como las aplicaciones de control de procesos industriales donde los bucles de control son críticos.
E/S serial
A continuación, se enumeran los puntos principales que debemos analizar sobre las E/S seriales.
- Serialización de datos
- Comunicación basada en protocolos
- Escalabilidad
- Capacidad de red
- Manejo de datos
- Distancia
- Vulnerabilidad
- Costo
- Seguridad
1. Serialización de datos
Las E/S seriales transmiten datos de a un bit por vez, generalmente a través de una sola línea de datos. Esto contrasta con los sistemas paralelos que envían múltiples bits simultáneamente. Tenemos cables individuales para cada señal en las E/S cableadas, pero las E/S seriales generalmente tienen un solo cable para transmitir/recibir todos los datos.
2. Comunicación basada en protocolos
Por lo general, se basan en protocolos industriales establecidos como Modbus, PROFIBUS o Ethernet/IP para la comunicación, que estandarizan el intercambio de datos entre dispositivos.
3. Escalabilidad
Las E/S seriales son generalmente más escalables. Agregar más puntos de E/S a menudo solo requiere configurar la red existente, sin necesidad de cableado adicional de regreso al controlador.
4. Capacidad de red
Las E/S seriales se pueden conectar en red fácilmente y, a menudo, cuentan con diagnósticos integrados, lo que las hace más versátiles pero también agrega complejidad.
5. Manejo de datos
Las E/S seriales son más versátiles en lo que respecta al manejo de datos. Pueden transmitir tipos de datos más complejos, incluidos números reales y cadenas, a través de la red.
6. Distancia
Son más adecuadas para aplicaciones donde los puntos de E/S están ubicados lejos del controlador PLC o DCS. Es posible que necesitemos algunos dispositivos especiales como repetidores, puertas de enlace, etc. para algunos casos.
7. Vulnerabilidad
Debido a que se basan en protocolos, las E/S seriales pueden ser más vulnerables a problemas como colisiones de datos, latencia y otros problemas relacionados con la red.
8. Costo
Si bien los costos iniciales de configuración pueden ser más altos debido al hardware de red, el costo a largo plazo puede ser menor, en particular para sistemas que requieren modificaciones o escalamiento frecuentes.
9. Seguridad
Las E/S seriales nunca se utilizan en aplicaciones críticas para la seguridad, ya que el daño del cable principal puede provocar una falla total de los datos.
Elección entre E/S cableadas y seriales
La elección entre las dos suele depender de varios factores, como el tamaño del sistema, la velocidad de operación requerida, la seguridad, la complejidad de los datos y las consideraciones de costo. Los ingenieros suelen realizar un análisis detallado, a veces incluso utilizando ambos tipos en diferentes secciones de un solo sistema PLC o DCS para aprovechar las ventajas de cada uno. Por ejemplo, las E/S cableadas se pueden utilizar para aplicaciones críticas para la seguridad, mientras que las E/S seriales se pueden utilizar para tareas de recopilación y monitoreo de datos.
Comparación entre E/S cableadas y E/S seriales
La siguiente tabla muestra las diferencias entre E/S cableadas y E/S seriales.
| Parámetros | E/S cableadas | E/S seriales |
| Tipo de conexión | Conexión directa, punto a punto | Basada en protocolo, generalmente en red |
| Velocidad de transferencia de datos | Generalmente más rápida, procesamiento en tiempo real | Puede ser más lenta debido a la serialización (según el protocolo) |
| Complejidad | Puede ser más lenta debido a la serialización (según el protocolo) | Complejidad más manejable |
| Escalabilidad | Difícil y costosa de escalar | Más fácil y menos costosa de escalar |
| Fiabilidad | Mayor debido a menos puntos de falla | Puede tener más puntos de falla |
| Cableado | Se requiere cableado extenso | Menos cableado, a menudo solo una sola línea de datos |
| Integridad de la señal | Mejor en entornos con alta EMI | Puede ser susceptible a EMI |
| Tipos de datos admitidos | Generalmente señales analógicas de 4-20 mA, 24 V CC para señales digitales. | Este valor puede ser mayor debido al hardware de red |
| Distancia | Adecuado para distancias más cortas | Puede manejar distancias más largas |
| Costo (inicial) | Menor para sistemas pequeños y Mayor para sistemas más grandes | Alto (depende del protocolo) |
| Costo (mantenimiento) | Mayor debido a la complejidad de la resolución de problemas | Generalmente menor |
| Flexibilidad | Limitado; difícil de modificar | Altamente flexible; fácil de modificar |
| Redundancia | Difícil y costoso de implementar | Más fácil y menos costoso de implementar |
| Aplicaciones de seguridad | A menudo se usa para tareas críticas para la seguridad | Se usa con menos frecuencia para tareas críticas para la seguridad |
| Diagnóstico de red | Limitado o ninguno | A menudo integrado |
Cuando se trata de seguridad en los sistemas PLC y DCS, las E/S cableadas y las E/S seriales tienen diferentes características que pueden mejorar o potencialmente comprometer la seguridad de un proceso industrial.
A continuación se muestra una tabla de comparación enfocada únicamente en el aspecto de seguridad de estos dos tipos de sistemas de E/S.
| Aspecto de seguridad | E/S cableadas | E/S seriales |
| Confiabilidad | Generalmente mayor confiabilidad debido a conexiones directas y menos puntos de falla. | Basado en protocolos y redes, lo que introduce más puntos de falla potenciales. |
| Capacidad de respuesta en tiempo real | Excelente para la respuesta en tiempo real, a menudo se usa en apagados de emergencia y enclavamientos de seguridad. | Puede experimentar latencia debido a la congestión de la red o limitaciones del protocolo, lo que los hace menos ideales para una acción inmediata. |
| Complejidad del sistema | Una menor complejidad generalmente hace que sea más fácil identificar y abordar problemas de seguridad. | La complejidad de las redes y los protocolos puede dificultar la identificación de la causa raíz de los problemas de seguridad. |
| Integridad de la señal | Menos susceptible a la interferencia electromagnética (EMI), lo que mejora la calidad y confiabilidad de la señal. | Potencialmente más susceptible a la EMI y la degradación de la señal, lo que podría comprometer la seguridad. |
| Integridad de los datos | Debido a que generalmente es punto a punto, la corrupción de datos es menos probable. | Más propenso a problemas de integridad de datos debido a la red, lo que aumenta el riesgo de fallas relacionadas con la seguridad. |
| Error humano | Menos propenso a errores de configuración que afecten la seguridad, debido a su simplicidad. | Mayor probabilidad de errores humanos durante la configuración o el mantenimiento, lo que afecta la seguridad del sistema. |
| Situaciones de emergencia | A menudo, la opción preferida para sistemas críticos para la seguridad, como apagados de emergencia, debido al tiempo de respuesta rápido. | Por lo general, no se utiliza para tareas de acción inmediata debido a la posible latencia y otros problemas relacionados con la red. |
| Seguridad | Menor susceptibilidad a ataques cibernéticos, ya que generalmente no están conectados en red. | Más vulnerable a amenazas cibernéticas que pueden comprometer la seguridad, debido a la red. |
| Funciones de seguridad integradas | Las funciones de seguridad suelen estar cableadas y son sencillas, lo que las hace robustas. | Pueden tener protocolos de seguridad integrados, pero estos pueden verse comprometidos por problemas de red. |
| Certificaciones | Más fácil de certificar para aplicaciones críticas para la seguridad debido a la menor complejidad y mayor confiabilidad. | Puede requerir pruebas y certificaciones más exhaustivas debido a las complejidades de la red y el protocolo. |
Desde una perspectiva de seguridad, la elección entre E/S cableadas y seriales suele inclinarse hacia las E/S cableadas para aplicaciones de seguridad críticas, debido a su confiabilidad inherente y sus capacidades de respuesta inmediata. Sin embargo, la seguridad general de un sistema no está determinada únicamente por el tipo de E/S utilizado; también está influenciada por factores como el diseño, las prácticas de mantenimiento y la competencia del personal operativo.