Integración de encoders e intercambio de información en el entorno de IIoT.

Las redes de sensores inteligentes son el pilar de IIoT. El tema está en implementar redes en todos los niveles. Pero, ¿qué componentes se verán directamente afectados? Kübler está convencido de que los encoders tendrán un rol clave y la realidad demuestra claramente esta tendencia. Basado en su encoder Sendix EtherNet/IP con interface OPC UA, Kübler ofrece ahora integración y, por consiguiente, intercambio de información en el entorno de IIoT.

Importantes características justifican su uso en la implementación de IIoT en pos de una producción auto-organizada. Pero las empresas también dependen de la provisión, por parte de los fabricantes de sensores y componentes, de los datos correspondientes, que exceden los datos clásicos de proceso. Por ejemplo, un encoder debe ser capaz de proporcionar no sólo la velocidad y la posición, sino también de comunicar su identidad, su configuración, si se detectan errores y sus condiciones ambientales (por ejemplo, temperatura de operación).

Por otra parte, es casi imposible trasladar un sistema de producción completo a IIoT en un solo paso. En consecuencia, una planificación a largo plazo y coordinación son de gran importancia. Kübler se basó en estos conceptos para estar preparado para el día de mañana, lo cual no fue una tarea sencilla, ya que requiere de una sólida experiencia técnica y un elevado nivel de conocimientos en aplicaciones.

 

Solución Kübler con un solo cable.
Solución Kübler con un solo cable.

 

Las decisiones de hoy son la base del mañana

¿Qué significa ‘listo para IIoT’ para un encoder en el contexto de una implementación a largo plazo y progresiva? Desde un punto de vista técnico, hoy en día ya es posible equipar sensores con un servidor web o con una interface OPC UA. Nos referimos, por ejemplo, a la nueva generación de encoders Industrial Ethernet de Kübler.

Pero, teniendo en cuenta los requerimientos prácticos actuales, esta clase de implementación es bastante excepcional y también es una cuestión de costos.

El hecho de que los sensores de cualquier clase requieren más y más software para implementar sus numerosas y útiles funcionalidades es indiscutible y la clave tiene que ver con sensores inteligentes.

La experiencia también muestra que el desarrollo de la interface de software es cada vez más rápido y más dinámico (de máquina a máquina y de máquina a la nube). Además, tiene la característica de transportar y describir semánticamente los datos de máquina.

De esta forma, cumple con un requerimiento importante para la comunicación de IIoT, además de aportar diagnósticos remotos. Pero, ¿qué significa esto en términos concretos para quienes desarrollan un sistema de automatización? 

Básicamente, el desarrollo debe preferir, siempre que sea posible, un sensor que incluya una interface de fieldbus o, mejor aún, una interface Industrial Ethernet. Por ahora, esto dejó de ser un problema serio de costo, ya que, por ejemplo, los encoders están a un nivel de costo similar al de los encoders SSI estándar. A la hora de seleccionar el encoder, se debe verificar si es capaz de proveer también datos adicionales, por ejemplo los datos que se requieren para el mantenimiento predictivo, y asegurarse así de que la planta permanezca a prueba del futuro.

Esto permite conformar una base importante para la implementación progresiva de IIoT. No hay ninguna duda, y esto se debe a la naturaleza del tema, de que hoy en día no se necesita todo lo que ha sido pensado para IIoT.

Es por esto que resulta particularmente importante que los sensores montados durante la implementación o en el período que antecede a la fábrica inteligente puedan recibir actualizaciones de software. Si no, podría haber serias consecuencias, tales como costos sumamente elevados en nuevas compras y costos de desmontaje y remontaje de nuevos sensores, además de frenar el desarrollo. 

 

¿Qué información brindan los encoders? ¿Qué valor agregado ofrecen esos datos?

Los encoders Sendix proveen, además de la información clásica, tal como posición y velocidad, información adicional, por ejemplo monitoreo de la temperatura interna, gracias a una función de diagnóstico integrada. Hoy en día, el protocolo BiSS permite la implementación de una hoja de datos electrónica que, además de identificar el encoder, también aporta, por ejemplo, los datos correspondientes al motor eléctrico acoplado.

 La plataforma de la última generación de encoders Kübler ofrece la posibilidad de conectar sensores adicionales y transmitir datos preparados y empaquetados al control, por ejemplo mediante una interface de un solo cable, lo que reduce sustancialmente el trabajo de cableado. También almacena datos adicionales relevantes en pos de un amplio diagnóstico, por ejemplo en el caso de monitoreo de condiciones. 

 

Figura 1. Encoders Sendix EtherNet/IP con interface OPC UA. Representación de una posible integración.

Figura 1. Encoders Sendix EtherNet/IP con interface OPC UA. Representación de una posible integración.

 

Encoders con interface OPC UA: Punto de inflexión hacia el futuro

Quienquiera que haya avanzado en su implementación de IIoT a un punto tal que piense en una comunicación directa, independiente del control y de la automatización, con otro sistema de mayor nivel en la nube, dispone ahora de una solución orientada al futuro utilizando el encoder Sendix Industrial Ethernet con interface OPC UA integrada. 

Esta solución también permite configurar el encoder por medio de la Internet, lo que elimina errores en caso de falla. Todos los encoders Industrial Ethernet de Kübler con interface PROFINET, EtherCAT o EtherNet/IP pueden ser integrados con la interface OPC UA.

De esta forma, ambos protocolos están disponibles a través de una misma conexión de encoder, lo cual se traduce en flexibilidad, ya que un simple switch permite transmitir los datos simultáneamente al control y al servidor web o en la nube. Los datos del monitoreo de condiciones, tales como temperatura, mensajes de error, tiempos de operación, tensión de alimentación, etc., son transmitidos directamente en la nube. De esta forma se consigue una implementación más sencilla y más rápida de distintos métodos de mantenimiento predictivo en los nuevos sistemas SCADA.

 

Conclusión

La selección de sensores es y seguirá siendo un factor decisivo en la visión de futuro de IIoT. Encoders equipados con interfaces inteligentes, capaces de proveer una hoja electrónica de datos adaptada constantemente con actualizaciones de software durante la implementación de IIoT, podrán conformar la solución más adecuada y eficiente de sensores para hoy y para mañana.

 

Preparado en base a una presentación de Jonas Urlaub, de Kübler. Representante exclusivo en la Argentina: Aumecon S.A.

 

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.

Este año será recordado como el año del crecimiento de IIoT. Después de muchas predicciones, distracciones e insinuaciones, IIoT ya ha llegado en 2017. Viendo los desarrollos que hay en la industria, se observan cada vez más estrategias de IIoT con inversiones en infraestructura, tecnología y aptitudes, a lo que se suman interesantes retornos de proyectos piloto.

Igual de importante es el advenimiento de soluciones completas que facilitan la implementación de IIoT y aceleran el retorno de la inversión. Con todos estos desarrollos positivos, se estima que IIoT estará presente en todas las instalaciones de manufactura en a lo sumo 10 años.

En una reciente encuesta realizada por KRC Research para Honeywell entre 200 ejecutivos de la industria de procesos, casi el 70% respondieron que tienen planes para invertir en recursos adicionales para IIoT y tecnología analítica de datos en 2017. Lo que impulsa este deseo es el valor estratégico y financiero acumulativo de sus problemas: paradas y pérdidas asociadas con eficiencia, personal inadecuado, producción fuera de especificaciones y ineficiencias en la cadena de suministro. Todo se suma…

IIoT es reconocido ahora por tener la capacidad de resolver cada uno de estos desafíos. De modo que la cuestión ya no pasa por ver si la Internet podrá transformar la industria de procesos, sino cuándo.

Una de las razones del creciente entusiasmo por IIoT tiene que ver con los poderosos datos que trae consigo. La mayoría de quienes respondieron a la encuesta piensan que la analítica de datos resolverá problemas de vieja data, tales como roturas de equipos, interrupciones no programadas de proceso y problemas de gestión de la cadena de suministro. Y señalan a las claras hacia adónde irán las inversiones e implementaciones de IIoT en 2017 y los años por venir.

 

 

Los primeros pasos

Como primer paso, muchos de los primeros en adoptar IIoT apuntaron a políticas de digitalización. Se lograron excelentes primeros resultados con ahorros de varios millones de dólares. Por ejemplo, empresas de procesamiento de minerales han podido centralizar su conocimiento del proceso y proveer soporte colaborativo en ubicaciones remotas; refinerías han aumentado la eficacia global de sus equipos en hasta 2%; empresas químicas han reducido inventarios y mejorado su capacidad de respuesta al cliente; y empresas papeleras han resuelto problemas a la hora de retener conocimientos clave.

Sin embargo, a pesar del éxito de estos proyectos piloto, queda un importante número de empresas que deberían acercarse a IIoT. La encuesta reveló que algunos todavía no piensan en seguir por este camino, ya que su estrategia no contiene analítica de datos o no tienen planes de invertir en analítica de datos en el próximo año.

Sus razones incluyen el hecho de no comprender los beneficios de la analítica de datos y no disponer de recursos adecuados, específicamente expertos en analítica de datos. Y lo que desconcierta, mientras estas empresas posponen decisiones acerca de IIoT, muchas están operando sus plantas con mayor dificultad que lo adecuado; la encuesta encontró que muchos de los encuestados se sienten presionados para seguir operando bajo la amenaza de una parada no programada y roturas de equipos a fin de maximizar las ganancias.

Estas empresas están batallando contra el tiempo y comenzarán a retrasarse respecto de sus competidores. El hecho de que muchos no se han acercado a IIoT resalta claramente la importancia de una educación continua en la industria. 

Al mismo tiempo, muchos piensan que IIoT requiere un cambio radical y completo en sus negocios. Pero no es tan así: se lo puede hacer en forma escalonada y respondiendo a las circunstancias de cada empresa. IIoT debe ser considerada como una evolución, no una revolución.

Una tendencia que quizás tenga una influencia positiva en aquellos que todavía no se han decidido por IIoT es la creciente colaboración entre proveedores, expertos en equipos y consultores para aportar soluciones tecnológicas conjuntas destinadas a facilitar y acelerar la adopción de IIoT y soluciones innovadoras a problemas anteriormente considerados como insolubles. ¿Se imagina la posibilidad de recolectar, exhibir, analizar y reaccionar a información de planta utilizando una solución virtualmente ya lista? ¿O se imagina conseguir la necesaria experticia en analítica de datos sin tener que contratar un plantel de científicos de datos?

Los foros de expertos basados en la nube tienen el potencial de brindar consejos y asistencia, cuándo y dónde se la necesite. Ofertas innovadoras y flexibles de este tipo ya son posibles hoy en día gracias a una cooperación más estrecha en la industria. Lo cierto es que ningún proveedor puede hacer todo, y algunos son mejores que otros en algunas cosas, de modo se necesitan uno del otro para derribar las barreras y diferencias que quedan, trabajando en conjunto para lograr que IIoT sea más accesible.

A pesar del escepticismo remanente, IIoT se encuentra en una posición muy distinta respecto del año anterior. Hay proyectos piloto por doquier y los primeros resultados son más que promisorios. La encuesta muestra que nos encontramos en el punto de inflexión hacia la adopción generalizada de IIoT.

 

Preparado en base a una presentación de Shree Dandekar, vicepresidente de Honeywell Connected Plant.

Industrial Internet of Things (IIoT) ofrece un enorme potencial para las instalaciones industriales de hoy en día. Las tecnologías compatibles con IIoT hacen que las operaciones sean más seguras, más confiables, eficientes, redituables y sustentables.

Una nueva generación de PLCs aporta ahora una plataforma abierta lista para IIoT que aprovecha mejor los datos de toda la infraestructura de planta. El uso del estándar OPC UA (Unified Architecture) permite la integración segura de una amplia gama de instrumentos, equipos y software a través de toda la empresa industrial. Al mismo tiempo, la comunicación abierta interoperable multinivel y multiplataforma soporta flexibilidad y estandarización con menos hardware.

A continuación se describe de qué manera las soluciones de PLC listas para IIoT y embebidas con la comunicación abierta OPC UA y tecnologías robustas de ciberseguridad optimizan la integración con activos de múltiples proveedores en aplicaciones tanto de proceso como discretas.

 

Conceptos básicos

Introducidos por primera vez en los años ’60, los PLCs son computadoras digitales destinadas al control de procesos electromecánicos. Tienen un rol clave en la automatización industrial, operando a nivel de piso de planta o de fábrica, y se los utiliza normalmente para implementar control lógico, estrategias de control regulatorio y lógica de seguridad. 

Los PLCs se encuentran normalmente en campos de petróleo, refinerías, HVAC, industrias alimenticia, farmacéutica y siderúrgica. Prácticamente no hay aplicación de control que no contenga un PLC.

Igual que cualquier otra tecnología, los PLCs siguen creciendo y convirtiéndose en mejores herramientas y cada vez más eficientes. La funcionalidad de estos controladores ha evolucionado para incluir ahora conexión en red, capacidades avanzadas de manejo de datos y varias tecnologías Internet. La compatibilidad con múltiples protocolos brinda una excelente flexibilidad de comunicación con una amplia gama de equipos vía una variedad de medios.

 

Figura 1. El PLC ControlEdge de Honeywell funciona como controlador y también como dispositivo de borde que aporta conectividad a IIoT.

 

Advenimiento de nuevas tecnologías

IIoT, junto con la iniciativa Industrie 4.0, representa una de las tendencias más importantes en tecnología de automatización. Una combinación de innovaciones en computación y comunicación está revolucionando la manera de interactuar de usuarios y máquinas, como así también la forma de vincularse una máquina con otras.

A la vanguardia de la infraestructura de información de planta impulsada por IIoT están los dispositivos de borde o gateways inteligentes, que incluyen la última generación de PLCs. Además de proveer control, estos dispositivos pueden, de manera segura, recolectar, acumular, filtrar y enviar datos, aprovechando su cercanía con procesos industriales o activos de producción. También son capaces de colaborar con poderosas herramientas analíticas, detectando anomalías en tiempo real y emitir alarmas de modo que los operadores puedan actuar de manera apropiada.

Un PLC listo para IIoT ofrece la ventaja de optimizar operaciones y las eficiencias de mantenimiento, liberando al personal de los procesos manuales. Brinda todos los atributos que los sistemas abiertos han prometido históricamente: conectividad segura, fuerte integración con dispositivos de múltiples proveedores, fácil configuración, operaciones eficientes y un mantenimiento reducido.

Además, una plataforma lista para IIoT permite el acceso más directo a aplicaciones basadas en la nube con fines de visualización y otras tareas cruciales. Esta capacidad, junto con un menor número de gateways, se traduce en una mayor protección de la inversión y un mantenimiento más fácil, y, por lo tanto, un menor costo y menos riesgo.

 

Los últimos desarrollos en tecnología de PLC

Seguridad

Las brechas de seguridad en los sistemas de control pueden llevar a daños significativos. Es por esta razón que los proveedores de automatización han desarrollado PLCs listos para IEC 62443 e ISA99 con ciberseguridad incorporada que mejoran el cumplimiento y la disponibilidad, además de reducir el riesgo.

   Como características novedosas se puede mencionar la capacidad de arrancar en forma segura para evitar la carga de un software no autorizado, un firewall incorporado y un ciclo de vida de desarrollo seguro, certificado para garantizar que la seguridad esté ya incorporada desde el comienzo. 

   La comunicación del PLC queda asegurada utilizando IPsec para impedir ataques MITM (man-in-the-middle) y un acceso no autorizado. 

Por su parte, ISCI (ISA Security Compliance Institute) ha desarrollado el programa de certificación ISASecure EDSA (Embedded Device Security Assurance), que reconoce la integridad de un producto PLC y de su ciclo de vida de desarrollo, e incluye pruebas rigurosas de la robustez de comunicación, evaluación de la seguridad funcional y evaluación de la seguridad de desarrollo del software.

 

Flexibilidad

Los cambios de último momento pueden afectar severamente el programa en proyectos de automatización. Para abordar este problema, los proveedores de control recurren a PLCs que emplean Universal I/Os para conseguir capacidad de configuración remota y flexibilidad ante un cambio de diseño con el fin de mejorar la implementación de proyectos. 

   Gracias a Universal I/Os, todo el gabinete se convierte en un componente estándar, con canales de E/S rápidamente configurables que permiten que los módulos puedan servir como analógico o digital o como entrada o salida.

   Es posible acomodar rápidamente cambios tardíos de configuración en forma remota con un simple cambio de configuración de software. Además, una amplia solución de gestión de activos vía diagnósticos de dispositivos HART integrados ofrece un comisionamiento rápido y exacto de dispositivos de campo y diagnósticos simplificados, lo que se traduce en menos idas al sitio. La combinación de esta solución con el estándar abierto HART IP significa flexibilidad de diseño y protección de las inversiones ya existentes.

 

Integración

La mayoría de las plantas contiene sistemas de control provenientes de distintos proveedores, lo que se suma al costo y riesgo general. Dentro de este contexto, las empresas se podrán beneficiar de una solución que integre fuertemente sus plataformas de DCS y PLC. Esta estrategia también mejora la implementación de proyectos y el mantenimiento a largo plazo.

   Los usuarios pueden aprovechar una HMI común, conseguir un comisionamiento más rápido de los dispositivos de campo y mejorar los diagnósticos de dispositivos. Más aún, características como integración nativa par a par con el controlador DCS mejoran los programas de proyecto y reducen el tiempo de mantenimiento con mapeo de variables basado en nombres. 

La autoconfiguración de puntos reduce el tiempo que se necesita para construir nuevas o actualizar estrategias existentes de control. También es posible minimizar las paradas y el costo total de propiedad gracias a un soporte unificado del DCS y del PLC. Esta sinergia se espera que se extienda a todo el ciclo de vida del sistema. 

 

Conectividad

Una pobre conectividad hace difícil extraer datos de los distintos dispositivos y sistemas, en especial cuando se utilizan protocolos propietarios. Los PLCs con tecnología OPC UA embebida ofrecen un acceso unificado a datos en entornos con múltiples proveedores. OPC UA es también amigable con la Internet y brinda conexiones seguras con la nube.

 

Migración

Es normal que los proveedores de automatización traten de proteger continuamente las inversiones de sus clientes facilitando actualizaciones con la más reciente tecnología de control. Gracias a la disponibilidad de herramientas de migración versátiles, los usuarios finales podrán seguir un camino de migración fluido en pos de soluciones avanzadas de PLC cuando llegue su momento.

 

Rol del estándar OPC UA

A pesar de lo que prometen IIoT e Industrie 4.0, estas iniciativas contemporáneas introducen un gran número de tecnologías de comunicación e información en el mundo de la automatización, lo que se traduce en complejidad. Dentro de este contexto, para implementar estrategias avanzadas de automatización de manera eficiente y tan rápidamente como sea posible, es importante reducir su complejidad mediante estandarización.

Lanzado por primera vez por OPC Foundation en 1996, OPC es un estándar global para el intercambio seguro y confiable de datos en automatización industrial y otros campos. Esta tecnología independiente de la plataforma estandariza la comunicación de datos de proceso adquiridos, registros de alarmas y eventos, datos históricos y datos de lotes, a sistemas de empresa de múltiples proveedores y entre dispositivos de producción.

La actual generación del estándar OPC, nos referimos a OPC UA, es una suite de tecnologías destinadas al intercambio de datos entre distintos sistemas de control en diferentes capas de control de una manera estandarizada. El protocolo proporciona soluciones para conectar dispositivos de campo con sistemas de mayor nivel y aplicaciones en entornos complejos de manufactura.

OPC UA ha sido reconocido recientemente como el protocolo de comunicación preferido para IIoT. Al dejar de depender sólo de la tecnología de sistema operativo de Microsoft, OPC UA ofrece una arquitectura adecuada para la era de Internet, que brinda modernos medios de transporte, tecnologías de seguridad y especificaciones de datos y transacciones.

Con OPC UA, los requerimientos de Industrie 4.0 en cuanto a independencia de los sistemas de comunicación de un fabricante, de una industria o de una compañía se cumplen en su totalidad.

Al mismo tiempo, muchas instalaciones industriales tienen equipos ya existentes, que también pueden ser integrados para usar sus datos mientras se preservan las inversiones iniciales.

Algunos proveedores utilizan ahora el estándar abierto OPC UA embebido directamente en el propio PLC como cliente y servidor. Por ejemplo, el PLC ControlEdge de Honeywell, como su nombre lo indica, es al mismo tiempo un controlador y un dispositivo de borde que habilita la conectividad con IIoT. 

Esto se consigue aprovechando el protocolo OPC UA de conectividad e integración con una gran variedad de productos, incluso activos Honeywell, tales como la plataforma avanzada de automatización Experion. 

Los usuarios tienen la flexibilidad de elegir entre interfaces mientras se simplifica la integración con una amplia gama de sistemas y dispositivos.

 


Figura 2. Para que las organizaciones industriales puedan implementar estrategias avanzadas de automatización de manera eficiente y tan rápidamente como sea posible, es importante reducir la complejidad mediante estandarización.

 

Beneficios

Los beneficios específicos de esta implementación incluyen:

  • Conectividad estandarizada y segura dentro de la estructura de planta;
  • Independencia de plataforma y de fabricante;
  • Flexibilidad para cumplir con los requerimientos de digitalización;
  • Comunicación a través de todos los niveles sin gateways o hardware adicional:
  • Uso de una sola red desde automatización al nivel de IT;
  • Integración de instrumentos, equipos y software de terceros.

Gracias a recientes avances, los programadores de PLCs pueden enviar información directamente desde controladores a otros dispositivos, sistemas y aplicaciones de empresa. 

Al mismo tiempo, las plataformas de PLC embebidas con OPC UA logran que la digitalización sea una realidad al utilizar estándares informáticos abiertos y simplificar la arquitectura integrada de planta con comunicaciones directas a sistemas de empresa.

 

Razones para tener

un sistema integrado

Las organizaciones industriales buscan maximizar el retorno de la inversión asegurándose de que sus activos de automatización sean escalables, a prueba del futuro, adherir a estándares abiertos y poder integrar sin contratiempos los activos existentes, evitando tener que ‘sacar y reemplazar’ la infraestructura actual.

La experiencia ha mostrado que combinar sistemas de control de un mismo proveedor, como en el caso de Honeywell, que usa OPC UA para integrar su ControlEdge y Experion DCS, facilita la coordinación al tener menos equipos y acceso directo al conocimiento de sistema, lo que acelera la puesta en marcha, el comisionamiento y la solución de problemas. 

Además, se logran beneficios operacionales con una HMI común en todas las aplicaciones de sistema. 

Una solución integrada aporta diagnósticos pre-elaborados, un resumen integrado de alarmas, historización, tendencia y reporte en una sola infraestructura de automatización.

Trabajando con empresas que ofrecen soluciones tanto con DCS como con PLC, los usuarios podrán simplificar las operaciones de proceso instalando equipos con un ciclo de vida común y una conexión de integración altamente confiable versus una interface personalizada. Este método integrado proporciona importantes ahorros de costo en el ciclo de vida, requiere menos ingeniería y brinda una mayor confiabilidad.

 


Figura 3. Las plataformas de PLC embebidas con OPC UA hacen que la digitalización sea una realidad al simplificar la arquitectura integrada de planta utilizando comunicaciones directas con los sistemas de empresa.

 

Conclusión

Iniciativas como IIoT, Industrie 4.0 y otras, emplean la comunicación como elemento clave, lo que significa eficiencia a la hora de combinar sistemas inteligentes, sensores y actuadores. 

Los controladores diseñados para operar como dispositivos de borde habilitados por IIoT conforman una plataforma abierta que permite a los usuarios aprovechar datos provenientes de sus activos para reducir paradas no programadas y evitar productos fuera de especificaciones.

Una nueva generación de PLCs que emplea el protocolo OPC UA mejora el uso de las comunicaciones del piso de planta a nivel de empresa y tiene un rol importante en las aplicaciones de IIoT, lo cual es clave para lograr interoperabilidad entre múltiples proveedores y múltiples plataformas a la hora de mover datos e información del mundo embebido a la nube de la empresa.

 

Preparado en base a una presentación de Swapnil Adkar, gerente de comercialización de Honeywell Process Solutions.

Nadie duda de que IIoT (Industrial Internet of Things) hará cambiar nuestra manera de hacer negocios – desde cómo se diseña y opera la planta hasta cómo se gestiona la cadena de suministros.

La analítica aprovecha las tecnologías existentes y también inspira nuevas que harán cambiar dónde y cuándo se hace el trabajo. 

Big Data transforma organizaciones y procesos, pero sin olvidarse de incluir a los expertos en la materia (SMEs según sus siglas en inglés) en los planes para el futuro.

IIoT resuelve viejos problemas de maneras novedosas e innovadoras,” explicó Tathagata Basu, director de Honewell Connected Plant, durante la reciente Honeywell Users Group (HUG) 2017. “Y todo se podrá hacer mucho mejor, mucho más rápido y mucho más eficientemente.”

40 exabytes (4 x 1019) de nueva información se generará tan sólo este año en todo el mundo. Una planta importante tiene hoy en día más de 40 Pbyte (1015) de datos, que aumentarán 10x en los próximos años. Tener acceso a la información y ponerla en la nube – o sea, cerrar la brecha, utilizar IIoT como plataforma y elaborar analítica predictiva y prescriptiva para promover la acción – es la gran diferencia”.

Hoy en día, cuando el departamento de IT pasa a ser parte de la IIoT, la necesidad de involucrar ingenieros de proceso y personal de operaciones se vuelve importante, siempre que los datos estén bien contextualizados. “La experiencia en la materia es cada vez más crítica,” señaló Basu. “Si la colaboración con el departamento de IT no es posible, la agenda estará en manos de ese departamento. El objetivo de la analítica es proveer información para lograr mejores decisiones y acciones en pos de un beneficio económico.”

Las oportunidades en la industria de procesos no han cambiado”, recalcó Basu. “Lo que sí ha cambiado es la manera en que se aplican las tecnologías para resolver problemas,” explicó Basu. “Maximizar la automatización y minimizar la participación humana no siempre son los objetivos. La analítica debe ser la adecuada a cada caso en particular.”

Se pueden aplicar cuatro niveles de analítica – descriptiva, diagnósticos, predictiva y prescriptiva – a los datos de planta, donde cada nivel requiere un grado diferente de interpretación humana. Según Basu, “la analítica descriptiva permite visualizar lo que ocurrió en la planta y no es algo nuevo. Los diagnósticos nos dicen por qué ocurrió, combinando información en tiempo real con datos históricos y estableciendo cierto contexto. La analítica predictiva se basa en la información del pasado para pronosticar lo que puede llegar a ocurrir.”

Lo que realmente irá a cambiar la organización es la analítica prescriptiva. Se ingresa información causal que irá a una herramienta de reconocimiento que se encarga de indicar lo que hay que hacer. Aporta soporte de decisiones y automatización de decisiones. Y son muchas veces las que involucran aprendizaje de máquina e inteligencia artificial,”

Los cuatro niveles de analítica ya se pueden implementar perfectamente hoy en día, explicó Paul Bonner, vicepresidente de Honeywell Connected Plant. A este fin, Honeywell se ha asociado con varias compañías que pueden proporcionar dichos niveles de analítica.

 

 

Nuevas fronteras

Con el desarrollo de la nube, vuelve a aparecer una fricción entre IT y automatización.” Al respecto, Bonner enumeró las razones que hay detrás de la necesidad de operaciones e ingeniería de que se escuchen sus voces a la hora de planificar IIoT y analítica.

Hay una gran variedad de tecnologías listas para lograrlo:

  • Comunicación de alto ancho de banda y almacenamiento masivo en la nube;
  • Sensores de uso generalizado y bajo costo;
  • Analíticas avanzadas y aprendizaje de máquina;
  • Estándares de interoperabilidad de dispositivos.

Pero IIoT y la analítica en la nube también permiten introducir otras soluciones más, tales como: 

  • Colaboración remota;
  • Centros de excelencia;
  • Captura y aplicación del conocimiento;
  • Monitoreo remoto a cargo de máquinas.

Si se piensa en algunos años atrás cuando aparecieron por primera vez los sistemas abiertos, en ese entonces hubo una disputa entre la gente de automatización y la gente de IT,” recordaba Bonner. “Esta disputa se fue calmando con el tiempo, pero ahora asistimos a un cierto resurgimiento de esa fricción entre IT y automatización a raíz del desarrollo de la nube”.

 

Conectar gente, activos y procesos

Una planta conectada significa gente conectada, activos conectados y procesos conectados. “¿Qué significa ‘proceso conectado’?”, preguntó Basu. “Significa utilizar datos de planta en tiempo real con software avanzado, analítica y modelos de proceso de la planta en pos de mejoras operacionales y una mayor confiabilidad. Por su parte, el concepto de activos conectados significa obtener datos de los dispositivos de borde de manera segura. Y para conectar gente, el personal dispone ahora de nuevas herramientas que le permiten realizar mejor sus tareas y de manera más segura, aumentando su competencia y colaboración a nivel de empresa.”

La planta conectada se basa en Big Data y analítica en la nube, pero no hay que desesperarse por todos los conceptos equivocados que pululan alrededor de las actuales características y ventajas de IIoT. Bonner echa por tierra muchos de estos mitos:

 

Mito 1  |  Almacenar Big Data en la nube es barato o gratuito. 

La gente piensa que puede colocar cantidades ilimitadas de datos en  la nube,” explicó Bonner. “La verdad es que se paga para almacenar. Y se paga casi cinco veces más que cuando se sacan los datos. Es importante mirar dónde se almacenan los datos. Donde sea posible, sacar datos de alta frecuencia y usarlos en el borde.

 

Mito 2  |  Big Data y analítica reemplazan la necesidad de conocimiento del proceso y experiencia de ingeniería.   

El usuario debe ser capaz de combinarlos con la experiencia y experticia en ingeniería de procesos,” aclaró Bonner.

 

Mito 3  |  La analítica de datos es un reemplazo de los modelos fundamentales.

 

Mito 4  |  No se necesitan buenos datos mientras se tengan bastante datos.

 “Los eventos raros son un buen ejemplo de este mito,” explicó Bonner. “Los únicos datos que sirven son esos mismos datos de eventos raros provenientes de un evento anterior.

 

Mito 5  |  No es necesario modificar los procesos de trabajo para obtener todo el valor que puede aportar Big Data.  

La finalidad está en poder tomar decisiones más rápidas en un nivel más bajo de la organización,” comentó Bonner. “Si no se modifica el proceso, no se podrá obtener todo el valor de Big Data.”

 

Mito 6  |  Todos los software de analítica son prácticamente iguales; todos pueden ser descargados como shareware de la Internet.  

La productividad que se consigue a partir de ese software no es eficiente ni escalable,” explicó Bonner. “Se debe instalar software disponible a nivel comercial.”

 

Nunca aprendo nada hablando. Sólo aprendo cosas cuando hago preguntas.
Lou Holtz

 

Ciberseguridad y mellizo digital

Cada usuario potencial mira a la conectividad y sus riesgos de seguridad con el mismo ojo escéptico con que miraba alguna vez la comunicación wireless. Pero las ventajas de las capas integradas de soluciones seguras listas para IIoT son demasiado atractivas como para ignorarlas:

  • τ Datos desde activos y dispositivos inteligentes y conectados usando OPC-UA y 4G;
  • τ Gestión de datos y control in situ – conectividad a través de todos los niveles de proceso y operaciones de negocio;
  • τ Analítica predictiva para visualización basada en la web y monitoreo remoto de equipos;
  • τ Colaboración inteligente y segura.

Hay que pensar en una planta conectada con un mellizo digital,” aclaró Basu. “El mellizo digital es un modelo de los activos físicos de una planta que les brinda a los usuarios una visualización completa y contextual de sus activos. Esos niveles de comprensión y contexto se consiguen utilizando expertos en la materia a la hora de aplicar la tecnología.” 

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