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# Especificación Formal del Formato CAx (AML) en Siemens TIA Portal para la Representación de Topologías de Red

## 1. Introducción a AutomationML (AML) y CAEX

### 1.1. AutomationML (AML) como Formato Estandarizado de Intercambio de Datos (IEC 62714)

Automation Markup Language (AutomationML o AML) se define como un lenguaje de modelado de datos abierto, neutral, basado en XML y orientado a objetos, diseñado para el almacenamiento y el intercambio de información de ingeniería de plantas. Su propósito fundamental es interconectar el heterogéneo panorama de herramientas de ingeniería modernas utilizadas en diversas disciplinas, como la ingeniería mecánica de plantas, el diseño eléctrico, el desarrollo de HMI (Human-Machine Interface), la programación de PLC (Programmable Logic Controller) y el control de robots.

La motivación detrás del desarrollo de AML radica en la necesidad de superar los cuellos de botella en el intercambio de datos a lo largo del ciclo de vida de los sistemas de producción, mejorar la eficiencia de la ingeniería y respaldar las tendencias de digitalización como la Industria 4.0. AML aborda estos desafíos proporcionando un formato estandarizado que facilita un intercambio de datos consistente y sin pérdidas entre diferentes herramientas y fases del ciclo de vida, desde el diseño inicial hasta la operación y el mantenimiento.

AML está estandarizado internacionalmente bajo la serie IEC 62714. Es un estándar abierto, independiente del proveedor y de uso gratuito (royalty-free), lo que ha fomentado su adopción en la industria. Su aplicabilidad se extiende a lo largo de todo el ciclo de vida de la planta y abarca diversos dominios industriales, demostrando su valía tanto en grandes empresas como en PYMEs. Una de las claves de su aceptación es su enfoque pragmático: en lugar de definir un formato completamente nuevo y monolítico, AML integra y orquesta estándares XML ya establecidos y probados en sus respectivos dominios. Esta estrategia reduce la barrera de entrada para los desarrolladores de herramientas y aprovecha la experiencia y el soporte existentes para los formatos integrados, contribuyendo significativamente a su adopción industrial.

### 1.2. CAEX (IEC 62424) como la Columna Vertebral Topológica

El núcleo de la representación topológica dentro de AML es CAEX (Computer Aided Engineering eXchange), estandarizado por la norma IEC 62424. CAEX actúa como el formato de nivel superior dentro de la arquitectura distribuida de AML, siendo responsable de almacenar la información de ingeniería orientada a objetos, como las jerarquías de la planta, las topologías de objetos, sus propiedades y las relaciones entre ellos.

Es crucial entender que AML _utiliza_ CAEX como su base estructural, complementándolo con otros formatos estándar para aspectos específicos: COLLADA (ISO/PAS 17506) para geometría y cinemática, y PLCopen XML (IEC 61131-10) para lógica, comportamiento y secuencias. La propia especificación normativa de AML (IEC 62714-1) es notablemente concisa (solo 32 páginas en la versión de 2018), precisamente porque se apoya en estos estándares existentes en lugar de redefinirlos.

La naturaleza orientada a objetos y jerárquica de CAEX es fundamental para la capacidad de AML de modelar sistemas complejos, como las redes de automatización industrial. Permite representar no solo los dispositivos individuales, sino también la estructura misma de la red, las subredes, y las conexiones físicas y lógicas de una manera organizada y estructurada. Esta capacidad intrínseca de CAEX para manejar jerarquías y relaciones es esencial para lograr el objetivo de generar un árbol de nodos conectados por red.

### 1.3. Conceptos Clave de CAEX Relevantes para la Topología

Para comprender cómo se modela la topología de red en AML, es esencial familiarizarse con los siguientes elementos y conceptos fundamentales de CAEX:

- **Bibliotecas (`SystemUnitClassLib`, `RoleClassLib`, `InterfaceClassLib`, `AttributeLib`):** Definen plantillas reutilizables y semántica para los objetos de ingeniería.
    - `SystemUnitClassLib`: Define tipos de componentes físicos o lógicos (por ejemplo, un modelo específico de PLC, un tipo de red Profinet). Contiene `SystemUnitClass` que describen las características de un tipo de objeto.
    - `RoleClassLib`: Define roles funcionales abstractos, independientes de una implementación técnica concreta (por ejemplo, "Robot", "Sensor", "Switch"). Asignan una semántica funcional a los objetos.
    - `InterfaceClassLib`: Define tipos de interfaces o puntos de conexión (por ejemplo, "ProfinetPort", "PowerInput", "CommunicationPhysicalSocket"). Contiene `InterfaceClass`.
    - `AttributeLib`: Define tipos de atributos reutilizables, introducida en CAEX 3.0 (utilizado en AML Edición 2).
- **Jerarquía de Instancias (`InstanceHierarchy`, `InternalElement`):** Representa la estructura real y específica de la planta o proyecto.
    - `InstanceHierarchy` (IH): Es el elemento raíz que contiene todas las instancias concretas de los objetos (dispositivos, redes, módulos) del proyecto modelado.
    - `InternalElement` (IE): Representa un objeto individual dentro de la jerarquía (un dispositivo, una red, un módulo, una carpeta organizativa). Los IEs pueden anidarse para formar la estructura jerárquica. Cada IE típicamente referencia su clase base (`RefBaseSystemUnitPath`), su rol (`RefBaseRoleClassPath`) y contiene interfaces y atributos específicos de la instancia.1
- **Interfaces (`ExternalInterface`):** Representan los puntos de conexión (puertos) en un `InternalElement`. Cada `ExternalInterface` (EI) tiene un nombre y un `ID` único, y normalmente referencia una `InterfaceClass` de una biblioteca a través del atributo `RefBaseClassPath`.1
- **Atributos (`Attribute`):** Definen las propiedades o características de un `InternalElement` o de una `ExternalInterface` (por ejemplo, nombre del dispositivo, fabricante, dirección IP, dirección MAC, velocidad de transmisión). Los atributos tienen un nombre (`Name`), un tipo de dato (`AttributeDataType`, típicamente tipos de datos XML Schema como `xs:string`, `xs:integer`, `xs:double`), y un valor (`Value`). Pueden anidarse para representar estructuras de datos complejas y pueden hacer referencia a semántica adicional (`RefSemantic`).
- **Conexiones (`InternalLink`):** Representan las conexiones físicas (cables) o lógicas _entre_ elementos `ExternalInterface` dentro de la misma `InstanceHierarchy`. Un `InternalLink` (IL) conecta dos interfaces asociadas mediante los atributos `RefPartnerSideA` y `RefPartnerSideB`, que contienen los `ID`s únicos de las `ExternalInterface` conectadas.1

## 2. Representación Estandarizada de Redes de Comunicación en AML (IEC 62714-5)

### 2.1. Visión General de IEC 62714 Parte 5: Comunicación

La Parte 5 de la norma IEC 62714 está específicamente dedicada al modelado de sistemas de comunicación dentro del marco de AutomationML. Su objetivo es definir de manera estandarizada cómo se representan las redes de comunicación, los dispositivos, las conexiones, las direcciones (como las direcciones IP), los protocolos y otros artefactos relacionados dentro de la estructura AML/CAEX. Esto permite el intercambio sin pérdidas de esta información crítica entre diversas herramientas de ingeniería a lo largo del ciclo de vida del sistema.

La necesidad de esta parte específica surge de la importancia creciente de los sistemas de comunicación en la automatización moderna, especialmente con la descentralización y el uso extensivo de tecnologías como Profinet y Profibus, que tienen requisitos estrictos de calidad, seguridad y protección. Casos de uso típicos incluyen la transferencia de configuraciones de red desde herramientas de planificación o programación de PLC a herramientas de configuración de dispositivos, puesta en marcha virtual, documentación o diagnóstico. La existencia de una parte dedicada del estándar y bibliotecas asociadas subraya que el modelado de redes es un caso de uso primario y bien definido para AML, no una simple extensión ad-hoc. Esto aumenta la probabilidad de una representación consistente entre las herramientas que implementan el estándar, como TIA Portal.

### 2.2. Principios de Modelado para Estructuras de Red

AML/CAEX, según lo detallado en IEC 62714-5 y documentos relacionados, permite modelar tanto las vistas lógicas como físicas de los sistemas de comunicación.

- **Objetos de Red:** Los componentes de la red, como dispositivos (PLCs, dispositivos de E/S), switches, routers, cables, etc., se representan como instancias de `InternalElement` (IE) dentro de la `InstanceHierarchy`.
- **Topologías de Red:** Las diferentes topologías (bus, estrella, anillo, malla) se modelan utilizando la estructura jerárquica de los `InternalElement` (por ejemplo, anidando dispositivos dentro de un IE que representa la red o subred) y las conexiones explícitas definidas por los `InternalLink` entre las interfaces de los dispositivos.
- **Vistas Lógicas vs. Físicas:** La estructura permite separar los aspectos físicos de los lógicos. Un `InternalElement` puede representar un dispositivo físico, mientras que sus `ExternalInterface` representan los puertos físicos. Los parámetros lógicos de la red (como la dirección IP) se adjuntan como `Attribute` a la `ExternalInterface` correspondiente. Las conexiones (`InternalLink`) pueden representar tanto el cableado físico como las asociaciones lógicas entre estas interfaces. Esta separación es ventajosa para modelar escenarios complejos donde un único dispositivo físico puede tener múltiples interfaces o roles en diferentes redes lógicas.

El Whitepaper de Comunicación de AutomationML y las bibliotecas asociadas sirvieron como precursores o acompañan a la norma IEC 62714-5, proporcionando directrices y elementos reutilizables para este modelado.2

### 2.3. Bibliotecas Estándar para Comunicación

Para asegurar la consistencia semántica y la reutilización, IEC 62714-5 se apoya en bibliotecas de clases especializadas. Las bibliotecas `CommunicationRoleClassLib` y `CommunicationInterfaceClassLib`, disponibles en los recursos de AutomationML.org, proporcionan definiciones estándar para roles y tipos de interfaz en el dominio de la comunicación.

- **Roles (`CommunicationRoleClassLib`):** Las instancias de `InternalElement` que representan dispositivos de red (por ejemplo, un switch Profinet, un dispositivo Profibus) referenciarían roles definidos en esta biblioteca (o una similar específica del proveedor) mediante el atributo `RefBaseRoleClassPath`. Por ejemplo, un IE que representa un switch podría referenciar a `NetworkComponentsRoleClassLib/Switch`.
- **Interfaces (`CommunicationInterfaceClassLib`):** Las instancias de `ExternalInterface` que representan puertos de red (por ejemplo, un puerto Ethernet RJ45, un conector D-Sub 9 para Profibus) referenciarían clases definidas en esta biblioteca mediante `RefBaseClassPath`. Ejemplos observados incluyen `CommunicationInterfaceClassLib/CommunicationPhysicalSocket` o `CommunicationInterfaceClassLib/SwitchCommunicationPhysicalSocket`.

El uso de estas bibliotecas estandarizadas asegura que los diferentes sistemas de ingeniería interpreten de manera uniforme la función y el tipo de los componentes de red modelados.

### 2.4. Atributos Estándar para Componentes y Parámetros de Red

Los parámetros específicos de la red, que son cruciales para la configuración y el análisis, se modelan como elementos `Attribute` dentro del CAEX. Estos atributos suelen estar anidados dentro del `InternalElement` que representa el dispositivo o, más comúnmente y lógicamente, dentro de la `ExternalInterface` que representa el puerto o punto de conexión específico.

IEC 62714-5 confirma explícitamente el modelado de "direcciones (por ejemplo, dirección IP)" y otros parámetros de comunicación. Ejemplos concretos extraídos de archivos AML y discusiones sobre intercambio de datos (como entre EPLAN y TIA Portal) revelan atributos comunes 3:

- **Dirección IP:** Probablemente modelada con un atributo llamado `ip` o similar, con tipo de dato `xs:string`.
- **Dirección MAC:** Probablemente modelada con un atributo llamado `mac` o similar, con tipo de dato `xs:string`.
- **Máscara de Subred:** Probablemente modelada con un atributo llamado `netmask` o similar, con tipo de dato `xs:string`.
- **Nombre del Dispositivo Profinet:** Atributo para el nombre lógico del dispositivo en la red Profinet.
- **Dirección Profibus:** Atributo para la dirección numérica del dispositivo en una red Profibus.
- **Identificadores Específicos (Contexto Siemens/EPLAN):** Atributos como `Station ID` (identificador de estación) y `MasterSystemID` (identificador del sistema maestro, >100 para Ethernet) pueden ser relevantes en exportaciones de TIA Portal.3

La semántica precisa de estos atributos puede reforzarse mediante el uso del elemento `RefSemantic` dentro del `Attribute`, que puede apuntar a definiciones en bibliotecas de atributos (`AttributeLib`) o diccionarios externos como ECLASS.

Aunque existen estos estándares y bibliotecas, es importante notar que el nivel de detalle capturado puede variar entre diferentes herramientas o configuraciones de exportación. Las exportaciones de TIA Portal pueden incluir atributos estándar, pero también podrían utilizar atributos específicos de Siemens o depender de clases de rol/unidad de sistema definidas en bibliotecas propias de Siemens. Esto se infiere de la documentación de intercambio con EPLAN, que menciona propiedades específicas como "PLC type designation" (número de pedido de Siemens).3 Por lo tanto, una comprensión completa puede requerir el análisis de archivos AML reales exportados desde TIA Portal.

## 3. Funcionalidad de Exportación CAx/AML de Siemens TIA Portal

### 3.1. Uso de AML por TIA Portal para Intercambio de Datos (CAx)

Siemens TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal) implementa la funcionalidad de exportación e importación de datos de ingeniería utilizando el estándar AutomationML, refiriéndose a ella comúnmente como "Exportar/Importar datos CAx". Los archivos generados tienen la extensión `.aml`. En este contexto, CAx (Computer Aided eXchange) se refiere específicamente a la aplicación de AML para el intercambio de datos de configuración de hardware y redes entre TIA Portal y otras herramientas de ingeniería o instancias de TIA Portal.

Este mecanismo facilita flujos de trabajo de ingeniería integrados. Por ejemplo, una configuración de hardware y red creada inicialmente en TIA Selection Tool (TST) puede exportarse como un archivo AML e importarse en TIA Portal para continuar con la programación y configuración detallada. De manera similar, los datos de TIA Portal pueden exportarse a AML para su uso en herramientas ECAD como EPLAN Electric P8 para la creación de esquemas eléctricos, y luego potencialmente reimportarse a TIA Portal. La exportación también puede usarse para transferir datos a herramientas de simulación o documentación.

### 3.2. Información Incluida en la Exportación CAx de TIA Portal

Según la documentación de Siemens, la exportación CAx estándar desde TIA Portal incluye la siguiente información relevante para la topología de red:

- **Configuración de Hardware:** Dispositivos (PLCs, HMIs básicos, módulos de E/S, etc.), sus sub-módulos, racks y su disposición jerárquica. Es importante destacar que, por lo general, la exportación CAx estándar **no incluye la asignación detallada de parámetros** de los dispositivos. Sin embargo, existen excepciones, como la posibilidad de exportar/importar parámetros de dispositivos IO-Link mediante un Add-in específico ("CAxPCT").
- **Estructura del Proyecto:** Las jerarquías de carpetas (grupos) creadas en el árbol del proyecto de TIA Portal se conservan en la exportación y se restauran en la importación.
- **Configuración de Red:**
    - La asociación de cada dispositivo a una subred específica.
    - La definición de sistemas Profinet IO y sistemas maestros Profibus DP.
    - La topología de la red, es decir, cómo están interconectados los dispositivos.
- **Direcciones:**
    - Direcciones de los dispositivos relevantes para la red (por ejemplo, nombre de dispositivo Profinet, dirección Profibus, dirección IP).
    - Áreas de direcciones de entradas y salidas de los módulos.

Esta lista confirma que la información central requerida para reconstruir la topología de la red (dispositivos, sus interfaces, sus direcciones y sus interconexiones) está contemplada dentro del alcance de la exportación CAx de TIA Portal.

### 3.3. Características y Requisitos Relevantes de TIA Portal

Para utilizar la funcionalidad de exportación/importación CAx, especialmente de forma automatizada, hay algunos aspectos a considerar:

- **TIA Portal Openness:** La funcionalidad CAx a menudo requiere que el componente TIA Portal Openness esté instalado. Openness es la interfaz de programación de aplicaciones (API) de TIA Portal que permite la automatización de tareas de ingeniería, incluido el acceso programático a la exportación e importación CAx. Puede ser necesario disponer de la versión adecuada de TIA Portal y las licencias correspondientes.
- **API y Herramientas:** Openness expone un servicio llamado `CaxProvider` que permite a las aplicaciones externas (escritas en.NET) invocar mediante programación las operaciones de exportación e importación de AML. Además, Siemens proporciona una herramienta de línea de comandos, `Siemens.Automation.Cax.AmiHost.exe`, que permite realizar exportaciones CAx mediante scripts, especificando el proyecto, opcionalmente un dispositivo específico, y la ruta del archivo AML de salida.
- **Limitaciones:** Es importante ser consciente de que la exportación CAx puede tener ciertas limitaciones, que pueden variar según la versión de TIA Portal. La documentación menciona que ciertos tipos de dispositivos (como HMIs complejas, drives) o configuraciones (conexiones puerto a puerto, multi-CPUs, sistemas H) podrían no ser exportados o importados completamente en todos los escenarios.
- **Add-ins Específicos:** Para funcionalidades extendidas, como la exportación de parámetros IO-Link vía AML, puede ser necesario instalar y activar Add-ins específicos de TIA Portal, como "CAxPCT".

En resumen, aunque la exportación CAx estándar cubre la topología de red, la parametrización detallada generalmente queda fuera de su alcance. Si se requiere información más allá de la estructura de hardware, la topología y las direcciones básicas, podrían ser necesarios otros métodos de exportación o herramientas adicionales. Sin embargo, para el objetivo principal de obtener la estructura de red, la exportación CAx es la función adecuada y documentada por Siemens.

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[[Estructura XML Detallada para Topología de Red en Exportaciones AML de TIA Portal]]