En este artículo comparamos tres estándares de comunicaciones industriales: EtherCAT, Ethernet/IP y Ethernet remarcando sus semejanzas y diferencias y en qué aspectos debemos fijarnos a la hora de elegir una u otra.
En la automatización industrial, la visión artificial, el control de movimiento, la robótica y otros sistemas interconectados, la eficiencia en la comunicación determina directamente la rapidez y precisión con la que las máquinas pueden coordinarse. Probablemente hayas escuchado los términos Ethernet, EtherNet/IP y EtherCAT en tu labor o estudios, pero ¿qué significan realmente y en qué se diferencian?
En esencia, Ethernet es una tecnología ampliamente utilizada para redes de área local (LAN), mientras que EtherNet/IP y EtherCAT son protocolos de comunicación industrial que funcionan sobre hardware Ethernet estándar. En este artículo, exploraremos el funcionamiento de EtherCAT y EtherNet/IP, además de ofrecer una comparación detallada entre los tres, especialmente en cuanto a velocidad de comunicación y rendimiento en tiempo real, para ayudarte a determinar cuál protocolo se adecua mejor a tu aplicación.
¿Qué es EtherCAT?
EtherCAT (Ethernet for Control Automation Technology) es un protocolo industrial Ethernet abierto y de alto rendimiento, concebido específicamente para aplicaciones de automatización en tiempo real. Originalmente desarrollado por Beckhoff Automation en Alemania, se ha consolidado como un protocolo estandarizado bajo la norma IEC 61158.
Los protocolos tradicionales basados en Ethernet suelen operar sobre la pila TCP/IP. Cada dispositivo debe recibir íntegramente un marco Ethernet y luego procesarlo de forma secuencial a través de la pila de red del sistema operativo (capa MAC → capa IP → capa TCP/UDP → capa de aplicación). Posteriormente, se genera un marco de respuesta que recorre las mismas capas, lo que introduce inevitablemente latencia.
EtherCAT elimina estas demoras al omitir completamente las capas superiores del protocolo. Define su comunicación directamente en la capa de enlace de datos Ethernet, prescindiendo de TCP, UDP o IP. Gracias a este mecanismo innovador, los dispositivos EtherCAT pueden procesar los datos en tiempo real, leyendo e insertando información a medida que el marco circula, sin esperar a recibirlo completamente. Este método ofrece actualizaciones ultrarrápidas (<100 µs), sincronización precisa (<1 µs) y una eficiencia excepcional, utilizando más del 90 % del ancho de banda de la red para datos de proceso.
Además, EtherCAT admite topologías de red flexibles como línea, estrella, árbol y anillo, convirtiéndolo en una solución óptima para el control de movimiento, la robótica, la visión artificial y otros sistemas de automatización que exigen comunicación en tiempo real y determinista.
Hot Related: EtherCAT Topologies Explained
Ethernet versus EtherCAT
Aunque EtherCAT se fundamenta en el Ethernet estándar, difieren en la capa de protocolo, el método de comunicación y su finalidad. Al analizar la tabla a continuación, podrá comprender con claridad las diferencias esenciales entre EtherCAT y Ethernet, así como sus respectivas ventajas y desventajas.
Aspect | Ethernet | EtherCAT |
Definition | A general data communication standard for LANs | An industrial real-time protocol running over Ethernet |
OSI Model Layer | Physical and Data Link | Uses Ethernet physical layer, custom protocol layer |
Speed & Latency | Depends on bandwidth (e.g., 100M/1G/10G), but offers weak real-time performance | Extremely high real-time performance with low latency and cycle times in the microsecond range |
Topology | Star, bus, or ring via switches | Line, tree, or ring via daisy-chained devices |
Hardware Requirements | Standard Ethernet interface | Standard Ethernet interface, but requires EtherCAT ASIC/FPGA in slaves |
Protocol Complexity | Simple protocol stack, highly versatile | Complex protocol, requires advanced configuration and maintenance |
Compatibility | Widely compatible with various devices and systems | Limited to industrial devices that support EtherCAT |
Cost | Low cost and widely available | Slightly higher cost due to dedicated hardware requirements |
El Ethernet estándar utiliza CSMA/CD, donde múltiples dispositivos compiten por el acceso a la red, lo que puede generar colisiones y demoras. Esto lo hace inapropiado para aplicaciones que requieren sincronización precisa o control en tiempo real. En contraste, EtherCAT emplea una arquitectura maestro-esclavo en la que solo el maestro envía tramas y controla el tiempo. Los esclavos procesan datos en tiempo real a medida que estos circulan, eliminando colisiones y garantizando un rendimiento determinista y de baja latencia. La velocidad de comunicación es una de las diferencias más significativas y un factor clave en la elección entre EtherCAT y Ethernet.
Además, es importante destacar que aunque EtherCAT utiliza la misma capa física que el Ethernet estándar — incluyendo los mismos cables, conectores e interfaces de hardware — su protocolo no es compatible con Ethernet. En la mayoría de los casos, los dispositivos Ethernet tradicionales no pueden comunicarse directamente con... EtherCAT slaves.
¿Qué es EtherNet/IP?
EtherNet/IP (donde “IP” significa Industrial Protocol) es otro protocolo industrial de Ethernet que adopta un enfoque distinto al de EtherCAT. Desarrollado por Rockwell Automation y gestionado por la ODVA, EtherNet/IP implementa el Common Industrial Protocol (CIP) sobre los protocolos estándar TCP/IP y UDP/IP.
Características principales de EtherNet/IP:
Utiliza protocolos estándar TCP/UDP/IP para el transporte.
Cada dispositivo requiere una dirección IP y forma parte de una subred.
Funciona perfectamente con equipos informáticos estándar (switches, routers, cortafuegos).
Admite diversas topologías, tales como estrella, árbol y anillo.
Debido a que EtherNet/IP se basa en TCP/IP, es menos determinista que EtherCAT, pero ofrece una compatibilidad más amplia con dispositivos y facilita una integración más sencilla con redes informáticas.
EtherNet/IP frente a EtherCAT
Feature | EtherNet/IP | EtherCAT |
Protocol Type | Application layer over TCP/IP | Custom real-time protocol directly over Ethernet |
Network Management | IP-based; requires subnet and IP addresses | No IP needed; device order defines network |
Real-Time Performance | Moderate (millisecond range) | Very high (sub-millisecond cycles) |
Communication Type | Client-server, message-based | Master-slave, cyclic data exchange |
Hardware Requirement | Standard Ethernet interface | Standard Ethernet interface, but requires EtherCAT ASIC/FPGA in slaves |
Best For | Large systems, mixed IT/OT integration | High-speed motion and precision control |
La brecha en rendimiento entre EtherCAT y EtherNet/IP radica en sus arquitecturas fundamentales. El procesamiento en tiempo real de EtherCAT y su reducido overhead de protocolo proporcionan una velocidad y determinismo superiores, lo que lo convierte en la opción idónea para el control de movimiento de alta precisión. Por su parte, EtherNet/IP también admite comunicación en tiempo real, pero al basarse en TCP/IP y UDP, suele operar con tiempos de respuesta a nivel de milisegundos.
La compatibilidad es otro aspecto fundamental a considerar. EtherNet/IP, fundamentado en Ethernet estándar, ofrece una gran apertura e interoperabilidad entre múltiples proveedores, ideal para sistemas de automatización heterogéneos. En cambio, EtherCAT, aunque abierto, requiere que todos los nodos soporten su protocolo y utilicen un maestro dedicado o esclavos compatibles.
FAQs
¿Es posible emplear EtherCAT para la comunicación Ethernet? ¿Cómo se ejecuta EtherCAT sobre Ethernet?
Normalmente, no es posible. EtherCAT emplea los mismos cables y conectores Ethernet, pero opera mediante una capa de comunicación propia. El tráfico Ethernet estándar no puede coexistir con los frames de EtherCAT en el mismo puerto.
No obstante, la comunicación entre redes EtherCAT y dispositivos Ethernet puede lograrse mediante EoE (Ethernet over EtherCAT), un protocolo que encapsula datos Ethernet a través de una red EtherCAT. Aunque esta integración es viable, el rendimiento de EoE suele ser inferior al de la comunicación Ethernet convencional.
¿Es EtherCAT un protocolo basado en IP? ¿Utiliza EtherCAT direcciones IP?
No. La comunicación de datos en tiempo real de EtherCAT no utiliza direcciones IP. Omite por completo la pila de protocolos TCP/IP para alcanzar la máxima velocidad y determinismo. Los datos en tiempo real se transmiten en tramas Ethernet sin procesar y se direccionan según la posición física de cada dispositivo en la red, en lugar de emplear direcciones IP.
En ocasiones, el controlador maestro puede contar con una dirección IP, pero únicamente para tareas no críticas en tiempo real, como configuración, diagnóstico o integración con sistemas de nivel superior. El ciclo de control en tiempo real permanece independiente de la asignación de direcciones IP.
¿Utiliza EtherCAT una dirección MAC?
Sí, pero únicamente al principio. El maestro utiliza su dirección MAC para enviar el primer marco al primer esclavo. A partir de ese momento, los esclavos ignoran las direcciones MAC y procesan los datos según su posición física en la red, lo que permite una comunicación rápida y eficiente en EtherCAT.
¿Es EtherCAT más rápido que Ethernet?
Sí, para aplicaciones de control en tiempo real, EtherCAT ofrece un rendimiento considerablemente más rápido y determinista que el Ethernet estándar. Esto no se debe a un mayor ancho de banda, sino a su protocolo eficiente que reduce al mínimo la latencia y la fluctuación temporal.
¿Puede EtherCAT transmitirse a través de un switch?
Los conmutadores Ethernet estándar no pueden transmitir correctamente los cuadros EtherCAT, ya que interrumpen la secuencia de procesamiento de los mismos. Las redes EtherCAT suelen configurarse con dispositivos de distribución o conmutadores industriales específicos que garantizan el reenvío adecuado de los cuadros.
¿Son Ethernet y Ethernet IP lo mismo?
No. Ethernet estándar se refiere a la tecnología básica de redes IEEE 802.3, mientras que Ethernet/IP es un protocolo industrial que opera sobre la infraestructura de Ethernet estándar utilizando los protocolos TCP/IP y UDP/IP.
Conclusión: Selección del protocolo adecuado
Después de analizar este artículo, ahora debería poseer una comprensión más profunda de estas tres tecnologías comunes de comunicación industrial. Para tomar la decisión adecuada, es esencial considerar factores clave como la estructura de la red, el rendimiento en tiempo real, la compatibilidad y el costo.
