A medida que cambia la dinámica del mercado y se intensifica la competencia global, la industria va examinando todos los rincones de una organización para descubrir cómo recortar costos y aumentar la productividad sin afectar la eficiencia o la seguridad de una planta. En esta búsqueda, muchas empresas de control industrial están ampliando sus capacidades de automatización acoplando software para abordar los procesos de negocio y, de esta forma, elevar la eficiencia de las operaciones a nivel global.

Recientemente, en el ARC Forum en Orlando, Yokogawa anunció su contribución a la optimización de procesos de negocio con el lanzamiento de un software de Gestión de Operaciones que registra y gestiona los datos relacionados con el trabajo del personal de planta.

Este software es parte del nuevo concepto de negocio de Yokogawa denominado Synaptic Business Automation, que apunta a generar valor para clientes conectando todo, desde sistemas y servicios a la cadena de suministro, y también a la gente. El nombre Synaptic se basa en la palabra ‘sinapsis’, que es una estructura en el sistema nervioso que juega un rol importante en la transferencia de señales a otras partes del cuerpo humano. De manera similar, Synaptic Business Automation está diseñada de una manera que permite digitalizar y estandarizar datos en base a un conocimiento acumulado, y luego facilitar el intercambio de información entre grupos en el piso de planta.

La tecnología subyacente viene del conocimiento de dominio de KBC Advanced Technologies, adquirida por Yokogawa en 2016, y apunta a lograr excelencia operacional y mejorar la rentabilidad de segmentos tanto upstream (producción de petróleo) como downstream (refinerías de petróleo y complejos integrados de producción en refinerías y petroquímica). Basado en la experticia de KBC y el portafolio de productos de automatización de Yokogawa, Synaptic abarca cuatro áreas, que incluyen cadena de suministro, operaciones de activos, gestión e integridad de activos y gestión del riesgo operacional.

El software de Gestión de Operaciones, en particular, ayuda a mejorar la confiabilidad y seguridad ya que garantiza que la fuerza de trabajo tenga la información que necesita para llevar a cabo sus tareas de manera correcta. Significa soportar operaciones seguras y protegidas, pero también puede registrar eventos, acciones y el trabajo realizado en base a las instrucciones de trabajo, facilitando la obtención y el uso de información proveniente de operadores especializados. Además de la industria de petróleo y gas, el software puede ser utilizado en otras industrias de proceso, tales como químicas, generación de energía, pulpa y papel, alimentos, farmacéutica y agua/efluentes industriales.

Automatizar los procesos de negocio es algo único en el mercado,” comentó Simon Rogers, vicepresidente de soluciones avanzadas de Yokogawa. “Ofrece un rápido y sostenido valor a los clientes.”

Eso es consecuencia de un hecho irrefutable: los factores humanos suelen tener su culpa en las paradas de emergencia y otros problemas que inciden en la eficiencia operacional de una planta. En muchos casos, las instrucciones de trabajo se realizan a través de intercambios verbales o con documentos escritos, lo cual hace imposible verificar el progreso del trabajo en tiempo real. Además, pueden cometerse errores al agregar información y resultar difícil localizar registros de operaciones pasadas, lo cual lleva a una creciente necesidad de soluciones de gestión de operaciones que mejoren la eficiencia, la seguridad y la retención de conocimiento.

El software de Gestión de Operaciones digitaliza las instrucciones de trabajo, incluyendo gestión de incidentes y gestión de cambios, e incorpora una interface de usuario intuitiva que permite a los usuarios comprender el estado de una operación con una sola mirada. 

Los KPIs (Key Performance Indicators) – que Yokogawa denomina SPIs (Synaptic Performance Indicators), ya que se basan en el conocimiento de dominio y experiencia de KBC trabajando con Big Data – cubren áreas de mejora de gestión (producción, costos de energía, costos de mantenimiento, márgenes e incidentes), ingeniería (rendimiento o calidad, desempeño, consumo de energía, disponibilidad) y operaciones (desempeño del control, desempeño del proceso, desempeño de activos, alarmas).  

Según Yokogawa, cuando se los aplica, estos indicadores transforman el negocio en una organización impulsada por ganancias versus una operación impulsada por eventos.

Con una base instalada de más de dos millones de instrumentos, Endress+Hauser recibió el Premio al Liderazgo Global del Mercado que otorga Frost & Sullivan. "El éxito de Endress+Hauser tiene que ver con un fuerte foco en el cliente y un alto nivel de innovación en el área de medición de caudal de líquidos", explicó el Dr. Rajender Thusu, analista de Frost & Sullivan. 

"El objetivo de Endress+Hauser es ayudar a sus clientes a operar de manera confiable, segura, sostenible y económica. A tal fin, trabajamos en estrecha colaboración con ellos desde las primeras etapas de diseño del producto hasta la fase de operaciones y más allá", explicó el Dr. Bernd-Josef Schäfer, Director General de Endress+Hauser Flowtec.

La familia de caudalímetros electromagnéticos de Endress+Hauser garantiza una medición precisa del flujo volumétrico que no restringe los caudales de producción ni origina caídas de presión. El resultado es menos paradas y una mayor productividad, lo que contribuye a reducir costos operativos.

Endress+Hauser también ofrece servicios de soporte que permiten optimizar procesos durante todo el ciclo de vida de una planta, lo que incluye servicios de calibración, diagnóstico, reparación, ingeniería, comisionamiento y mantenimiento.

Los caudalímetros electromagnéticos de Endress+Hauser, que cuentan con ingeniería avanzada, por ejemplo Heartbeat Technology, admiten varios protocolos de comunicación, incluidos EtherNet/IP y PROFINET, lo que facilita el acceso a la información. Gracias a Heartbeat Technology, sus caudalímetros Proline disponen de capacidades de auto-monitoreo. Al proveer notificaciones de diagnóstico de procesos e instrumentos de acuerdo a NE 107, es posible detectar y rectificar efectos y cambios antes de que incidan en el proceso, todo mientras opera el proceso.

El cambio en la industria exige una nueva interacción entre personas, máquinas y datos, lo que implica tanto la conexión digital de todas las instalaciones, como soluciones de automatización robotizadas que, en un futuro, podrían colaborar directamente con las personas.

Como proveedor de tecnologías de control de movimiento, no sorprende que Festo esté obsesionado con el movimiento industrial. Lo que diferencia a Festo de otras compañías de tecnología de movimiento industrial es su foco en los aspectos biológicos del movimiento.

En la última década, Festo ha desarrollado una cantidad de dispositivos robóticos destinados a imitar distintos movimientos biológicos, tales como los que exhiben gaviotas, pingüinos, trompas de elefante, hormigas, canguros y pulpos. La investigación de Festo en cuanto a estas clases de movimiento biológico no sólo apunta a mostrar las capacidades de su equipo de investigación y desarrollo, sino también a informar acerca del rumbo de sus tecnologías de movimiento industrial. 

El reciente BionicCobot (robot colaborativo) muestra de qué manera su investigación biónica está siendo aplicada actualmente a productos del mundo industrial real. Gracias a su interacción segura, a los procesos de movimientos naturales y a su operabilidad intuitiva, BionicCobot ofrece un gran potencial en distintos sectores de la industria, especialmente en actividades monótonas, repetitivas o incluso peligrosas. 

Para ejecutar los distintos movimientos, tales como agarrar con fuerza o levantar algo con cuidado, apretar firmemente o rozar con los dedos, las personas necesitamos la interacción entre músculos que actúan de manera opuesta. Los desarrolladores de Festo han trasladado este principio de agonista (jugador) y antagonista (contrario) a la técnica en las siete articulaciones de BionicCobot.

En la zona del hombro hay tres ejes: en el codo y en el antebrazo uno y en la muñeca dos. En cada eje hay una aleta basculante con dos cámaras de aire que forman un par de accionamiento ajustable en progresión continua como un muelle mecánico cuando se las llena con aire comprimido.

El exclusivo concepto de accionamiento permite determinar con exactitud el potencial de fuerza y, con ello, el grado de rigidez del brazo robótico. En caso de colisión, el brazo neumático disminuye automáticamente y no representa peligro alguno para las personas. Gracias a esta flexibilidad inherente al sistema y a su peso mínimo, es posible usar el robot sin jaula de protección, permitiendo así la colaboración directa y segura entre las personas y el robot.

BionicCobot se maneja de manera intuitiva a través de una interface gráfica de usuario desarrollada específicamente. Con una tablet, el operador puede enseñar fácilmente las acciones a ejecutar y ordenarlas en cualquier secuencia. A través de la plataforma ROS (Robot Operating System), los procesos de movimientos programados llegan al Festo Motion Terminal integrado, que se encarga del control y la regulación de la cinemática.

Según el estudio anual del mercado de redes industriales que realiza HMS Industrial Networks, Ethernet industrial ha superado a los fieldbuses tradicionales en términos de nuevos nodos instalados en automatización de fábrica. 

Con una tasa de crecimiento del 22%, Ethernet industrial representa ahora el 52% del mercado global versus el 46% del año pasado. EtherNet/IP se ha convertido en la red más ampliamente instalada, con el 15% del mercado. Los que lo siguen a nivel mundial son PROFINET, EtherCAT, Modbus-TCP y Ethernet POWERLINK. 

"Hasta ahora hemos visto la transición a Ethernet industrial durante mucho tiempo, pero sin que supere a los fieldbuses en cuanto a cantidad de nuevos nodos instalados", señaló Anders Hansson, de HMS. "La transición a Ethernet industrial está impulsada por la necesidad de una alta performance, integración entre instalaciones de fábrica y sistemas IT/IoT, y también IIoT en general".

Las tecnologías wireless también están creciendo a una tasa del 32% y representan el 6% del mercado total. Dentro de wireless, WLAN es la tecnología más popular, seguida por Bluetooth. "Los fabricantes de máquinas e integradores de sistemas utilizan cada vez más la tecnología wireless para implementar arquitecturas de automatización innovadoras. Los usuarios pueden reducir el cableado y elaborar nuevas soluciones de conectividad y control, tales como soluciones Bring Your Own Device (BYOD) a través de tablets o teléfonos inteligentes", explicó Anders Hansson.

En Europa y Oriente Medio, PROFINET y EtherNet/IP son líderes mientras PROFIBUS todavía se está usando ampliamente. Otras redes populares son EtherCAT, Modbus-TCP y Ethernet POWERLINK. 

El mercado estadounidense está dominado por las redes CIP, donde se observa un claro movimiento hacia EtherNet/IP. 

En Asia, ninguna red se destaca por ser realmente líder del mercado, pero PROFINET, EtherNet/IP, PROFIBUS, EtherCAT, Modbus y CC-Link se usan ampliamente, mientras la versión Ethernet CC-Link IE Field también está ganando tracción.

 

IoT (Internet of Things) e IIoT (Industrial IoT) no identifican específicamente Ethernet en sus nombres, pero nadie duda de que es un habilitador clave para estas iniciativas. Desafortunadamente, como tantas otras cosas, la mayoría de las personas que usan la tecnología no tienen idea de cómo funciona, ni tampoco lo necesitan. 

Nosotros, como profesionales de la automatización, no somos tan ‘afortunados’, ya que, además de diseñar, implementar y mantener estos sistemas, también debemos hacerlo sin interrumpir el servicio, lo que hace que el mantenimiento y la actualización sean todo un desafío.

Para poder conectarse con lo que sea, en cualquier lugar, es inevitable que al menos parte de la red sea inalámbrica (wireless). La implementación de una red wireless dependerá en gran medida de los requerimientos de ancho de banda y la distancia entre nodos. Para un mayor ancho de banda y distancias intermedias, la presencia de Ethernet wireless (Wi-Fi) es ineludible.

Ethernet wireless ya es una realidad incuestionable y todos nosotros esperamos poder acceder a la misma con suficiente ancho de banda en cualquier lugar que sea. La tecnología wireless se ha vuelto tan confiable en los entornos no industriales que en muchos casos se deja de usar cobre (es decir, cable CAT5e), a menos que se trate de PoE (Power over Ethernet) y la fuente de alimentación del dispositivo, conectando simplemente todo a la red Wi-Fi. 

Lamentablemente, el entorno de planta no es tan amigable con sus ‘cañones de acero’ fijos y móviles, fuentes de emisión EMI/RFI desde equipos de media y alta tensión, elevada humedad y altas y bajas temperaturas. Afortunadamente, los últimos estándares 802.11 admiten y aprovechan ahora el enrutamiento de múltiples rutas, por lo que el efecto de esos cañones de acero incide poco en la confiabilidad general.

Por supuesto que los sistemas de control deben tener una conexión en toda su extensión con los datos correctos que van y vienen desde el lugar que corresponde en el momento justo, a través de lo que inherentemente es una red no determinística. Lograr que todos los paquetes y la información se muevan a través de los sistemas es responsabilidad de las capas superiores de la estructura de conexión en red. Sin embargo, al igual que cualquier señal de control, si Ethernet, la capa física, no es confiable, los protocolos y mensajes dejan de ser confiables.

El rol del arquitecto de sistemas es cada vez más importante para garantizar que los nuevos diseños de sistema incorporen las características que se necesitan para tener conectividad entre los distintos nodos y protocolos en toda su extensión. 

A la hora de integrar un sistema nuevo y otro ya existente, comprender las posibles interacciones entre los distintos elementos de una red se vuelve cada vez más crítico. La mayoría de los arquitectos de sistemas entienden las redes de negocio y los sistemas asociados con ellas, pero, a causa del número relativamente pequeño de redes de control, es poco probable que una persona, a no ser un empleado del proveedor del sistema de control, pueda conocer todos los matices de un sistema para implementar una red confiable y robusta.

El sistema resultante debe aceptar grandes cargas de tráfico entre ciertos nodos (por ejemplo, actualización de HMI), así como también conexiones analógicas o serie y gateways más lentos, además de ofrecer confiabilidad y ciberseguridad.

Una arquitectura de sistema bien diseñada debe responder tanto a las cargas actuales como a las del futuro. Como se sabe, estimar las cargas futuras es una apuesta, ya que la cantidad de datos que circulan continúa creciendo exponencialmente, no sólo en el mundo de los negocios, sino también dentro del entorno ‘cerrado’ de un sistema de control.

El arquitecto también debe mantenerse al tanto de los estándares y capacidades en constante evolución de lo nuevo en software, hardware, equipos y vulnerabilidades.

Ethernet no es un protocolo, sino un habilitador tanto para los sistemas de control de hoy en día, como para los de un futuro previsible, donde, si la visión del grupo Open Process Automation es la correcta, el sistema de control (además de los equipos de procesamiento de señales de dispositivos de borde) contendrá módulos de software que se comunicarán entre sí a través de redes Ethernet basadas en IP.

 

Preparado en base a una presentación de Ian Verhappen, gerente senior de automatización, CIMA.

El título de este artículo recuerda la expresión: “¿Qué fue primero, el huevo o la gallina?”. En el habla popular, referirse a la cuestión ‘el huevo o la gallina’ representa un ‘círculo vicioso’. En este caso, la cuestión se puede replantear como: "¿Qué fue primero: IoT, que no puede venir sin IIoT, o IIoT, que no puede venir sin IoT?"

 

¿Qué es en definitiva IIoT?

Quizás sea una buena idea revisar cuáles son los atributos de IIoT y cómo transforma digitalmente la manera en que se hacen las cosas de modo que podamos determinar la existencia de plantas que ya están haciendo lo que hoy se llama ‘IIoT’ y que habían comenzado en hacerlo antes de que fuera acuñado el término IoT. 

Hay muchas definiciones de IIoT. A continuación se enumeran los atributos clave y sus transformaciones.

 

Atributos de IIoT

  • Acceso a InternetBackhaul de datos desde un sitio remoto a una oficina central a través de la Internet. En un modelo de negocio de servicio remoto de monitoreo, esto podría no pasar por el DCS, MES y ERP de planta.
  • Dispositivos inteligentes – Los dispositivos, las ‘Cosas’, tienen microprocesadores y comunicación que soporta autodiagnósticos, actualización remota de firmware, configuración (personalización), datos en tiempo real, etc.
  • Digitalización desde la fuente – Dispositivos totalmente digitales (no 4-20 mA o dispositivos on-off), eliminando tarjetas de conversión A/D y D/A en el sistema.
  • Redes a nivel 0 – Comunicación digital, no cableada 4-20 mA o señales on-off, desde el primer medidor, sensores y actuadores.
  • Uso generalizado de sensores – Más sensores fuera de la automatización de proceso eliminan rondas de recolección de datos a cargo de operadores con portapapeles o medidores mecánicos para lectura de terminales a cargo de técnicos de mantenimiento con testers portátiles.
  • Software de analítica – Los datos provenientes del gran número de sensores adicionales no sólo son chequeados una vez y luego descartados, sino que se los historiza (almacena) a largo plazo permitiendo que la analítica de ‘Big Data’ pueda descubrir nuevos conocimientos y pronósticos. El software IDM (Intelligent Device Management) monitorea la salud de los instrumentos de campo mientras un software de monitoreo de condiciones se encarga de monitorear la salud de válvulas, bombas, torres de enfriamiento, intercambiadores de calor, etc.
  • Nube – No es un requerimiento para IIoT, pero en un modelo de negocio de servicio remoto de monitoreo, los datos de los sensores podrían no pasar por el DCS, MES y ERP de planta e ir directamente al software de analítica en la nube.

 

Transformación digital

  • Transformación digital de los productos industriales – Los productos son completamente digitales, sin las limitaciones de 4-20 mA y señales on-off. Esto incluye nuevos dispositivos, tales como transmisores de temperatura de 8 entradas, indicadores multivariable, actuadores eléctricos y válvulas operadas por motor (MOV) integrados, cromatógrafos de gas, válvulas on-off inteligentes y sistemas de medición de tanques de 2 hilos, que sólo existen con fieldbus o wireless.
  • Transformación digital de las operaciones – Más sensores conectados en redes significan menos medidores mecánicos. Los operadores de consola obtienen los datos en la pantalla de manera automática (con tendencias y alarmas) en lugar de ser recolectados manualmente por los operadores de campo. Mantenimiento chequea primero el software antes de ir al campo para inspeccionar una válvula o bomba, reportadas como sospechosas. Todo esto elimina muchas visitas al campo. Es necesario reescribir los procedimientos operativos estándar (SOPs) de la planta. La salud de los instrumentos y equipos puede ser monitoreada por expertos desde un Centro de Excelencia corporativo o de la empresa. En un modelo de negocio de servicio remoto de monitoreo, el reporte preparado por el proveedor de servicios guía la actividad de mantenimiento de la planta.
  • Transformación digital del modelo de negocio – No es un requerimiento para IIoT, pero en un modelo de negocio de servicio remoto de monitoreo, el monitoreo de condiciones de instrumentos y equipos puede ser implementado en forma remota por un proveedores de servicios independiente en lugar de la inspección periódica y estudios realizados por personal de servicios de terceros recorriendo la planta como en el pasado. Más aún, el fabricante puede obtener datos valiosos reales de los equipos que le permiten estudiar el desempeño de los equipos en distintas aplicaciones para lograr mejoras en productos y servicios. Está mejorando la cadena de valor.
  • Transformación digital de los servicios posventa – No es un requerimiento para IIoT. Un contrato de mantenimiento vinculado a IIoT puede ser ampliado con servicios de reparación o reemplazo en caso de equipos fallados o de bajo rendimiento.

 

Preparado en base a una presentación de Jonas Berge, Director de Tecnología Aplicada, Emerson Automation Solutions.

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