Comunicacions

A la industria 4.0, les comunicacions de dades entre diferents processos i instal·lacions suposen un dels pilars fonamentals per tal de garantir la major eficiència durant els seus processos de producció, estoc i venda. Es per aquest motiu que han d’existir diferents nivells de xarxes de comunicacions entre els diferents nivells de comunicació.

La piràmide CIM (Computer Integrated Manufacturing)
La introducció de les xarxes de comunicació a la industria han permès crear un mitja per a la incorporació a l’ultima tecnologia, la integració completa del procés productiu entre operaris, gestors i clients, estalvi en temps i major producció gracies a automatitzacions mes robustes i controlades aconseguint reduir costos.

Totes aquestes avantatges suposen incorporar a tot el sistema de producció comunicacions a un sistema únic per a tota la industria, lo que pot complicar enormement les comunicacions entre els diferents nivells de producció. La piràmide CIM adopta una forma jeràrquica en forma piramidal que ens permet segmentar les comunicacions en 4 nivells.

1. Nivell de camp: També s’anomena nivell d’acció o d’instrumentació i és el més proper al procés productiu. Està format, fonamentalment, per tots els elements de mesura (sensors) i execució (actuadors, és a dir motors, vàlvules o escalfadors) distribuïts en una línia de producció. Els actuadors executen les ordres dels elements de control per a modificar el procés productiu i els sensors mesuren les variables en el procés productiu (per exemple, nivell de líquids, cabdal, temperatura, pressió o posició). 
2. Nivell de cèl·lula: També s’anomena nivell de control. Aquí es coordinen entre sí les diferents cèl·lules que conformen una línia de fabricació i, a la vegada, es coordinen les diferents màquines que integren aquestes cèl·lules. És a dir, són els dispositius que gestionen els sensors i els actuadors, tals com autòmats programables o equips d’aplicació específica.
3. Nivell de planta: També s’anomena nivell de supervisió. Aquí es gestiona directament una planta de producció o una fàbrica concreta. Són ordinadors amb aplicacions específiques per a la planificació i el control del procés. A través d’entorns SCADA (Supervisió, Control i Adquisició de dades) es pot tenir una imatge virtual de la planta on es mostren les possibles alarmes, fallides o alteracions dels processos.
4. Nivell d’oficina: També s’anomena nivell empresarial. Està format bàsicament per ordinadors tant a nivell d’oficina com d’enginyeria, que gestionen la producció completa de l’empresa. En ell es consideren principalment els aspectes de l’empresa des del punt de vista de la seua gestió global: compres, vendes, comercialització, investigació, planificació a llarg i mitjà termini, objectius estratègics,...

Normes de comunicació 

Els organismes de normalització treballen a diferents nivells mundials i aquestos generen normes per tal de facilitar la connectivitat entre els diferents dispositius i poder normalitzar així a escala global els diferents medis que utilitzem per a transmetre i rebre informació, es gracies a ells que avui en dia tots podem carregar amb un USB qualsevol mòbil, mp3, pc, televisors...

Aquestos organismes es poden diferenciar entre ells ja que treballen a diferents nivells:


Normes internacionals

• ISO (International Standards Organization): Genera normes per a totes les àrees i coordina les creades per organitzacions regionals.
• IEC (International Electrotechnical Commission): Elabora normes per a l’àrea elèctrica.
• ITU (International Telecommunication Union): Constituïda per administració de més de 150 països, adopta normes que regulen l’ús de l’espectre radioelèctric en els àmbits espacial i terrestre.

A nivell europeu

• CEN (Comité Européen de Normalisation): S’encarrega de generar totes les normes de tipus EN 
• CENELEC (Comité Européen de Normalisation Electrotechnique): Ram de la CEN que s’encarrega de les normes d’àmbit electrotècnic. 20
• ETSI (European Telecommunications Standards Institute): Institut europeu de les telecomunicacions. 

A nivell d’Estats Units:

• ANSI (American National Standards Institute): Engloba totes les disciplines
• EIA (Electronics Industries Associate): S’ocupa de la definició dels estàndards de la transmissió de senyals elèctriques com ara RS-232.
• TIA (Telecommunications Industries Associates): Agrupació de fabricants d’equips de telecomunicació.
• IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers): Organització professional que ha elaborat importants recomanacions que han acabat per convertir-se en normes aprovades. 

Nacional:

• AENOR (Agencia Española de Normalización): Organisme reconegut per l’administració pública espanyola per a la normalització de productes, processos i serveis de tots els sectors. 

En la següent taula podem veure la majoria de normes que afecten a les comunicacions industrials:

El model OSI

És un model de referència dissenyat per l’organisme de normalització ISO amb l’objectiu de facilitar el desenvolupament d’estàndards de xarxes. OSI vol dir sistema d’interconnexió de sistemes oberts i la idea és permetre el desenvolupament de protocols que permeten interconnectar sistemes desenvolupats per diferents fabricants.

El model OSI es basa en distribuir les funcions de comunicació en un conjunt jeràrquic de capes. De totes les tasques necessàries per a la comunicació de sistemes, cada capa en realitza un subconjunt. Aquestes tasques són independents, però a la vegada estan relacionades entre si, ja que cada capa es sustenta en la capa immediatament inferior, la qual realitza funcions més bàsiques i oculta els detalls a les capes superiors. D’aquesta forma, s’aconsegueix que els canvis en una capa no impliquen 21 canvis en les altres i per tant, descomponem el problema en varis sub-problemes més senzills de gestionar.

El model OSI es composa de 7 capes (nivells) i les seues funcions principals són:

• Nivell 1: Físic: Defineix les característiques mecàniques, elèctriques, funcionals i de procediment que ha de complir l’enllaç de dades. 
• Nivell 2: Enllaç: Controla l’accés al medi i s’encarrega de la detecció i correcció d’errors. 
• Nivell 3: Xarxa: S’encarrega de la commutació i adreçament de missatges. Ordena els paquets. 
• Nivell 4: Transport: S’encarrega del transport segur de missatges extrem a extrem. 
• Nivell 5: Sessió: Estableix i acaba la relació de comunicació (sessió o diàleg) de forma ordenada. 
• Nivell 6: Presentació: Adapta el format de les dades d’una aplicació a un format adequat per als sistemes de comunicació. 
• Nivell 7: Aplicació: Porta els serveis de xarxa a l’usuari final Destacar que els fabricants de maquinari i programari s’han especialitzat en capes del model i així podem trobar, per exemple, en el mercat separadament un aplicació que filtra paquets IP (nivell 3 del model OSI ) o una targeta que permet connectar un equip a una targeta de xarxa Ethernet (nivell 1 i 2 del model OSI). 

A nivell de les comunicacions industrials les capes utilitzades són: física, enllaç i aplicació.