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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