Walter

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La función básica de un computador de flujo electrónico es calcular y registrar a intervalos de tiempo el caudal de fluido según estándares y normas aceptadas por la industria cuando el gas natural u otros hidrocarburos líquidos atraviesan un medidor en una cañería. Estos medidores pueden ser placas orificio, turbinas, medidores ultrasónicos, medidores Coriolis, etc.

Una aplicación de medición típica con placa orificio requiere un transmisor de presión diferencial, un transductor de presión estática y un sensor de temperatura. Muchos computadores de flujo utilizan un transmisor multivariable que puede medir presión diferencial y presión estática con un solo transmisor para reducir el costo.

Yokogawa lanzó recientemente la familia Y-Flow de productos que consiste de Y-Flow YFFC (Field Flow Computer) e Y-Flow YRTU (Remote Terminal Unit). 

Y-Flow es un computador de flujo de bajo consumo de energía que mide caudal de gas según normas AGA 3 por placa orificio, utilizando para ello un transmisor multivariable Yokogawa acoplado integralmente, mientras Y-Flow YRTU es una unidad terminal remota, también de bajo consumo de energía, que realiza varios cálculos complejos según las normas AGA/API de caudal de hidrocarburos y aplicaciones de control en forma remota como parte de una red SCADA.

Y-Flow YFFC es un desarrollo de co-innovación que utiliza la celda sensora de silicio resonante para presión diferencial y la tarjeta de comunicación del transmisor multivariable modelo EJX910A de Yokogawa, reconocido por su exactitud y confiabilidad. El transmisor EJX910A usa la tecnología de sensor de presión DPharp que permite la medición simultánea de presión diferencial y presión estática (absoluta o manométrica) con un solo sensor. 

La cápsula multivariable y la tarjeta de comunicación se encuentran integradas dentro del computador de flujo como una sola unidad, lo que reduce el costo de tenencia y ofrece una medición exacta y precisa.

Por su parte, Y-Flow YRTU es una unidad terminal remota que permite conectar un medidor de turbina, un medidor ultrasónico, un V-Cone, transmisores de presión y temperatura externos o un medidor Coriolis para realizar cálculos AGA/API complejos de caudal de hidrocarburos. Además, Y-Flow YRTU puede medir, monitorear y controlar otras aplicaciones en forma remota. 

Ofrece las capacidades de una RTU para múltiples E/Ss con una arquitectura modular configurable para cada aplicación. También permite la inclusión de baterías internas y su cargador de paneles solares y acepta montaje en panel o caño de 2”.

 

Características técnicas

  • Multi-run simultáneo – Y-Flow acepta hasta dos tramos de medición simultáneos en una sola unidad, lo que permite reducir el costo de tenencia e incrementar la flexibilidad del computador de flujo. Además, Y-Flow YFFC incorpora un índice bidireccional que puede medir flujo de gas en ambas direcciones.
  • Baja energía – Gracias a su bajo consumo de energía, Y-Flow se puede integrar con un panel solar de hasta 20 W. Además, incorpora un circuito de carga de una batería de gel de hasta 32Ah, lo que permite su instalación en lugares remotos donde no hay energía disponible. 
  • Comunicaciones flexibles – Y-Flow ofrece comunicaciones incorporando pórticos RS232/RS485, Ethernet y USB junto con los protocolos Modbus TCP/IP y Modbus serie. Además, Y-Flow puede ser integrado fácilmente con distintas opciones de comunicación inalámbrica, tales como radio de banda celular, radioenlace y satélite.
  • Base de datos de aplicaciones preconfigurada – Esta base es precargada en el Y-Flow de acuerdo a la aplicación del usuario, lo que minimiza considerablemente el tiempo de ajuste y puesta en marcha a la hora de comisionar el computador de flujo en el campo. Y lo que es más importante, el computador de flujo almacena el equivalente a 40 días de datos horarios y diarios de flujo, que pueden ser recuperados e impresos fácilmente.
  • Aprobaciones – Ubicaciones peligrosas Clase I División II Grupo A,B,C,D.
  • Aplicaciones – Incluye algoritmos de cálculo de caudal según normas AGA 3, AGA 5, AGA 8, AGA-7, AGA-9, AGA-11 y NX-19. Otras a pedido, por ejemplo gases industriales.

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.

En un entorno de negocio plagado de demandas del mercado cada vez más complejas, una competencia que se intensifica, avances tecnológicos frenéticos y el nacimiento de una gran variedad de nuevos modelos de negocio, la definición de proveedor de soluciones implica resolver un gran número de necesidades potenciales de los clientes. 

Dentro de este contexto, Yokogawa considera que, para lograr una verdadera comprensión de estas necesidades, el primer paso es convertirse en un partner de sus clientes y juntos recorrer este camino cada vez más arduo. A tal fin, Yokogawa acaba de introducir un nuevo concepto de negocio de automatización industrial que denominó ‘Synaptic Business Automation’.

La automatización industrial de hoy en día requiere aprovechar la IT para aumentar los niveles de eficiencia y optimización más allá de la automatización tradicional a nivel de control, incluyendo gestión y cadena de suministro, para asegurar rentabilidad y sustentabilidad durante todo el ciclo de vida de las operaciones.

Un problema común que enfrentan todas las empresas, cualquiera sea la industria, es la competencia, que cada vez se vuelve más intensa. Además, el mercado plantea nuevos desafíos casi en forma diaria más allá de introducir lo nuevo en tecnologías, productos y servicios, siendo uno de estos desafíos la rápida evolución de la tecnología digital, que ha asumido un rol vital en la automatización industrial de estos días.

Comenzando con el reemplazo de los relés electromecánicos con PLCs muchos años atrás, el avance de la tecnología digital en paralelo con IT ha contribuido significativamente a una mayor practicidad y eficiencia. Mejorar la eficiencia de gestión, construir nuevos modelos de negocio en base a digitalización y promover la automatización resultan elementos absolutamente esenciales en el mundo competitivo de hoy en día.

La adopción a gran escala de la digitalización tiene sus peligros, ya que implica un cierto riesgo considerable, por ejemplo la pérdida potencial de información relacionada con clientes o tecnológica, como así también el riesgo de seguridad de IT. Igual a lo que ocurre hoy en día con la compra e instalación de software de seguridad, que es algo trivial en computadoras individuales, el negocio exige cuidado a ese nivel y aún más, ya que, en este aspecto, hay riesgos de seguridad que son únicos para cada negocio.

Los elementos clave de una gestión de planta eficaz hoy en día incluyen: 

  • Capacidad de responder de manera flexible a fluctuaciones en la competitividad del mercado;
  • Una mayor rentabilidad;
  • La aplicación de tecnología digital;
  • Contramedidas de seguridad. 

De manera similar, también se están viendo cambios rápidos en las demandas a proveedores en el espacio de automatización industrial. Y como la transición hacia esta nueva era no se detiene, es natural que los negocios se reinventen activamente a sí mismos, por lo que muchas organizaciones están mutando de simples proveedores de productos y servicios de mantenimiento a proveedores de amplias soluciones destinadas a abordar directamente los puntos problemáticos de sus clientes.

Bajo el concepto de ‘Synaptic Business Automation’, Yokogawa aspira convertirse en una compañía en la que sus clientes podrán confiar para la provisión de soluciones integrales. ‘Synaptic’ (sináptico – que viene de sinapsis) se refiere al proceso de transmisión de los pulsos nerviosos a través del sistema nervioso desde y hacia el cerebro mediante el mecanismo de interconexión entre neuronas, lo que significa en este caso compartir información sin restricciones entre datos, sistemas, a nivel organizacional, conocimiento y cadena de suministro. 

Por otro lado, la ‘Business Automa­tion’ (automatización del negocio) va más allá de la automatización tradicional a nivel de control para expresar ahora automatización de operaciones y procesos de negocio, aportando un mayor valor de negocio a sus clientes.

Synaptic Business Automation expresa un estado ideal de un negocio donde sintetizar datos, sistemas, organizaciones, conocimiento y cadenas de suministro agrega valor y refuerza la competitividad. Los datos vinculados con procesos de manufactura, operaciones de planta, recursos humanos y cadenas de suministro pueden ser organizados, integrados, controlados, desglosados y analizados para tomar decisiones adecuadas en distintos niveles de la organización, desde operaciones en el campo hasta gestión corporativa.

Synaptic Business Automation genera valor corporativo para sus clientes a través de distintas vías:

  • Operación elástica – Adaptación más flexible a cambios en áreas como salud, seguridad, ciberseguridad y medio ambiente, optimización organizacional y cumplimiento regulatorio.
  • Producción optimizada – Optimiza el CAPEX (gasto de capital) y el OPEX (gasto operacional) durante todo el ciclo de vida de una planta, y mejora la confiabilidad. Al mismo tiempo, genera directamente valor resolviendo problemas y optimizando operaciones a lo largo de una cadena de suministro, lo que mejora la productividad y la rentabilidad.
  • Innovación en el negocio – Trabaja con clientes específicos para crear nuevos modelos de negocio que fomentan la excelencia en manufactura mediante provisión de servicios basados en la nube, impulsan la colaboración con clientes y proveedores, e introducen prácticas de manufactura amigables con el ambiente que son esenciales para lograr una sociedad sustentable.

Yokogawa tiene muchos años de experiencia trabajando con tecnología operacional (OT). Al combinar su conocimiento profundo en cuanto a gestión de planta, operaciones, industrias y procesos, con su portfolio de soluciones de automatización e informática y su experticia en consultoría, la empresa se encuentra idealmente posicionada para generar un nuevo valor. Al trabajar conjuntamente con sus clientes según su eslogan ‘Co-inno­vating tomorrow’, Yokogawa responde claramente a los ideales expresados en su nuevo concepto de Synaptic Business Automation.

Con Synaptic Business Automation, los usuarios podrán lograr un mayor valor de negocio y crecimiento gracias a la posibilidad de implementar operaciones sólidas altamente flexibles y un sistema de producción optimizado capaz de soportar naturalmente colaboración, como así también mayores niveles de rentabilidad y sustentabilidad.

Yokogawa va aún más allá, promoviendo activamente la convergencia OT-IT en base a co-innovación y un amplio conocimiento acumulado en muchos años. 

Dentro de este contexto y apuntando a lograr sinergia con su propia tecnología de automatización propietaria y concretar los objetivos de su nuevo concepto de negocio de automatización industrial, Yokogawa adquirió recientemente tres compañías (KBC Advanced Technologies, Industrial Evolution y Soteica Visual Mesa) y está colaborando de manera proactiva con otras empresas de IT.

La automatización orgánicamente conectada no está limitada a una sola planta, sino que facilita la colaboración y la optimización de la cadena de suministro, y finalmente contribuye al sistema social. 

De esta forma, mientras va avanzando junto a sus clientes y soportándolos en su búsqueda de crecimiento, Yokogawa se está convirtiendo en una entidad firmemente embebida en la red sináptica de la sociedad.

 

El software basado en la nube está logrando aceptación en el mundo industrial, después de muchos años de resistencia, ya que las empresas comenzaron a tomar conciencia de las ventajas que significa reducir costos iniciales, escalar con mayor facilidad y obtener nuevos ingresos a partir de los datos.

 

Los ejemplos abundan…Una compañía petrolera pudo instalar y operar cientos de pozos en un tiempo récord. Un fabricante de bombas pudo detectar pérdidas de agua entre miles de cañerías. Y un fabricante de elevadores pudo predecir problemas de mantenimiento antes de que surjan inconvenientes serios.

Todo esto está disponible ahora gracias a un software y datos basados en la nube. En medio de problemas relacionados con la seguridad y brechas de datos, quienes la adoptaron encuentran que la clave para lograr que la nube trabaje para aplicaciones de procesos continuos está en saber exactamente cuándo y dónde usarlas eficazmente mientras se van mitigando los riesgos.

 

Pasar de CAPEX a OPEX

Mover las aplicaciones de operaciones a la nube permite a las empresas ahorrar costos iniciales y tiempo. 

Suscribiéndose a un servicio de nube, los operadores de planta evitan tener que instalar sus propios servidores, software y otros sistemas para el monitoreo de máquinas, con frecuencia ahorrando mucho tiempo y con un menor costo inicial.

 Mover los sistemas de proceso a la nube puede ser tan sencillo como abrir una cuenta y configurar un software basado en la nube. En pocas palabras, la nube permite a las empresas pasar de un modelo de gastos de capital (CAPEX) a un modelo de gastos operacionales (OPEX), pagando sólo por lo que se necesita en cualquier momento dado.

Esto significa que incluso pequeñas y medianas organizaciones con limitados recursos pueden ejecutar sus operaciones con mayor facilidad. Los beneficios son particularmente atractivos en caso de activos distribuidos, o sea equipos que operan en el campo, lejos del personal de servicio.

Ir a la nube es un paso natural para reducir el costo total de propiedad, ya que se pueden aprovechar a los proveedores para conseguir capacidades de sistema como servicio,” comentó Jason Urso, vicepresidente y gerente general de Honeywell Processs Solu­tions. Se pueden recortar las visitas al campo y reducir costos de mantenimiento, mientras permite a los proveedores de equipos monitorear y mantener los equipos para los usuarios como parte de un modelo de suscripción.

Y es allí donde es posible encontrar numerosos beneficios adicionales al llevar los datos de proceso a la nube.

 

Seguridad y protección

Una solución basada en la nube debe abordar claramente los temas de protección y seguridad. Tal como se pudo ver en las recientes brechas de ciberseguridad, la protección IT es crítica. Y la protección en la tecnología operacional (OT) es aún más grave.

Si alguien pudiera conseguir maliciosamente una manera de manipular estos procesos, el usuario terminaría enfrentándose a cosas como incendios, explosiones, emisión de químicos tóxicos,” explicó Peter Zornio, director de tecnología de Emerson Automation Solutions.

Por su parte, Urso señaló que la solución pasa por limitar la comunicación entre sistemas OT e IT a una interacción unidireccional. “Usar una comunicación unidireccional es la forma ideal para comenzar a buscar soluciones basadas en resultados, por ejemplo servicios de asesoría, y no necesariamente aplicaciones de lazo cerrado que operan en la nube,” explicó Urso. Al limitar los sistemas de nube al monitoreo y no a funciones de control, los gerentes de planta podrán disfrutar de los beneficios de la nube con un menor riesgo de ser hackeados.

 

Confiabilidad y la nube

El riesgo de ciberseguridad explica la razón por la que la nube ha sido adoptada más fácilmente en sistemas IT que en sistemas OT. Pero hay otra razón importante por la que la industria ha sido y es reluctante en adoptar la nube: Los procesos industriales que se basan en controles digitales son menos tolerantes a latencia y caídas de conexiones que los sistemas de negocio.

La gente se siente mucho más cómoda con la idea de que sus sistemas de control núcleo se encuentran in situ,” comentó Zornio. “Pasará mucho tiempo, si alguna vez ocurra, para ver esos sistemas ejecutándose en la nube.”

Zornio utiliza una analogía automovilística para explicar la reticencia en adoptar controles basados en la nube. "Seamos sinceros… Dentro de diez años, si se encontrara en un auto sin conductor, ¿no se sentirá más cómodo sabiendo que ese auto no depende de una conexión a la nube, y que todo se puede controlar efectivamente desde el auto? Yo creo que la mayoría de la gente se sentirá mucho más cómoda. Y la mayoría de los usuarios en las industrias de manufactura se sentirán exactamente de la misma manera", explicó Zornio.

Por su parte, Urso sugiere que los fabricantes que están interesados en la nube miren a los beneficios más allá del proceso inmediato de manufactura. “La tecnología de nube brinda ahora la oportunidad de conectar datos de proceso y de activos desde un sitio o múltiples sitios a un conjunto consolidado de conocimiento,” comentó Urso.

Este conocimiento podrá ser utilizado por las plantas industriales para mejorar el retorno de sus inversiones de capital, apuntando a oportunidades que les permitan optimizar el desempeño o la confiabilidad de los equipos. “A medida que crece el conjunto de datos, podrá haber un mayor número de oportunidades en el futuro para identificar eventos de baja probabilidad pero fuerte consecuencia que, de otra forma, podrían pasar inadvertidos,” explicó Urso. En definitiva, oportunidades para mejorar la seguridad y la confiabilidad como así también la eficiencia.

 

"Pasará mucho tiempo, si alguna vez ocurra, para ver sistemas de control de núcleo ejecutándose en la nube"

Peter Zornio - Emerson Automation Solutions

 

Los mejores usos de la nube

El mejor uso de la nube para manufactura y otros procesos está en el mantenimiento de activos, y no tanto en el lazo de control. 

En este caso, los sensores recolectan datos acerca de la salud de equipos y los envía a la nube, donde el correspondiente análisis puede predecir cuándo se necesita servicio; luego, esa información es enviada a los centros de mantenimiento.

Los proveedores de equipos podrán seguir y gestionar estos datos a través de la nube y usarlos como base para planes de mantenimiento y otros servicios,” comentó Urso. Tal conocimiento centralizado puede aportar claras ventajas para el usuario: mejorar la producción y el rendimiento, reducir las paradas de los equipos y bajar los costos de mantenimiento.

Zornio aporta un ejemplo más del área automovilística cuando tener control operacional de tiempo real en la nube puede servir para un propósito positivo, y es en el área de entrenamiento y simulación. “Supongamos que estamos aprendiendo a manejar,” explicó. “Uno se siente frente a una computadora y tiene que aprender a manejar un coche virtual donde todos los controles que normalmente utilizaría en el coche en realidad están corriendo en la nube, de modo que si se equivoca no hay problemas. No están conectados a un auto real. Esto sirve perfectamente para aprender cómo manejar y cómo operar los sistemas que hacen funcionar el coche.”

Apliquemos ahora este escenario a las operaciones de una planta. Emerson ofrece un servicio que pone sus sistemas de control DeltaV online para simular las configuraciones del cliente. “Se tiene así un mellizo de los sistemas reales en la nube que permite realizar allí la simulación,” señaló Zornio. “O probar allí una nueva estrategia de control antes de hacerlo concretamente en el sistema real conectado al proceso.”

 

La cuestión es empezar…

Para empezar con la nube en cuanto a operaciones, Urso recomienda pensar al comienzo en los beneficios deseados y luego seleccionar la tecnología con esto en la mente, y no al revés. También sugiere comenzar con aplicaciones existentes que ya monitorean equipos remotamente en el campo. A partir de allí, encontrar las soluciones específicas pasa por hacer coincidir las características con los resultados deseados.

Está demás decir que la protección juega un rol importante en cualquier implementación de una nube. Emerson ofrece sistemas específicos para potenciales problemas de protección asociados con mover las aplicaciones de operaciones a la nube. “Se los denomina Secure First Mile,” señaló Zornio, aclarando que la exportación de datos desde el sitio de origen a la nube representa un punto de vulnerabilidad.

Honeywell puso su Experion SCADA en la nube con Experion Elevate. Gracias a este sistema, un usuario de petróleo y gas pudo poner 300-400 pozos de petróleo online en unas pocas semanas, destacándose la velocidad de la puesta en marcha gracias a las aplicaciones de nube, y la gran utilidad de la nube en aplicaciones distribuidas.

Por su parte, Emerson provee servicios de mantenimiento predictivo para sus productos a través de la nube, incluyendo válvulas de control. “Recolectamos la información digital acerca de cómo están operando los equipos y la analizamos para los usuarios,” explicó Zornio. Con esa información, Emerson puede ofrecer a sus clientes asesoramiento y servicios de mantenimiento.

 

Preparado por Víctor Marinescu, director de la revista Instrumentación & Control Automático.

En los últimos meses, la realidad aumentada (AR por sus siglas en inglés) ha captado mucha atención tanto en el sector industrial como en el mercado de consumo. Si bien las tecnologías de AR han existido desde al menos 15 años, su adopción en la industria manufacturera es un fenómeno reciente. 

Los nuevos avances en disponibilidad y aplicabilidad de la tecnología AR han acelerado la tasa de adopción. Las instalaciones AR tradicionales implicaban equipos costosos, un despliegue complejo y un alto grado de experticia técnica. Actualmente, una avalancha de dispositivos móviles, tales como smartphones y tablets, combinados con algunas herramientas innovadoras de software de ingeniería, han hecho posible el advenimiento de soluciones AR accesibles.

 

¿Qué es la realidad aumentada?

Dentro del ámbito industrial, la realidad aumentada se refiere a dos entornos diferentes que convergen o se fusionan de una manera que aumenta la eficacia y la eficiencia de los operadores de planta. Un entorno es ‘real’ (lo que se ve, sin ayuda, delante de sus propios ojos) y el otro es ‘virtual’ (no ‘real’, sino generado por computadora). Ambos entornos pueden ser entendidos como un continuo, con entornos reales en un extremo y entornos completamente virtuales en el otro. Lo que se encuentra en el medio es la realidad aumentada, que, en esencia, es una realidad mixta.

Para cualquiera que use un dispositivo móvil en sus actividades diarias, AR ofrece una manera completamente nueva de interactuar con dispositivos de máquinas y ejecutar tareas. La tecnología de dispositivos móviles (y las cámaras en su interior) se combina con el acceso a nuevas fuentes de datos en tiempo real (generalmente a través de una red wireless) y la conversión de esos datos en visualizaciones/gráficos. Esto brinda a los operadores una vista combinada que les permite ver virtualmente ‘dentro’ de una máquina sin tener que abrir puerta alguna.

 

Aplicaciones prácticas

Veamos ahora qué beneficios ofrecen estas capacidades en tres áreas del proceso de manufactura:

Desarrollo de productos - Las aplicaciones de realidad aumentada pueden ser eficaces en la fase de revisión del diseño de un producto, cuando los nuevos productos requieren pruebas y evaluación. AR ofrece la posibilidad de evaluar modelos virtuales en 3D de nuevos productos, que pueden ser modificados fácilmente, en su contexto real de uso, sin tener que gastar tiempo y soportar el costo de producir prototipos reales.

Mantenimiento - Supongamos que la máquina de un operador se descompone. Una aplicación AR puede diagnosticar el problema de la máquina y guiar visualmente al operador o persona de mantenimiento a través de reparaciones rápidas y fáciles. El programa AR muestra información superpuesta en la tablet del operador referente a cómo ejecutar la reparación específica.

Aplicaciones de seguridad - Las nuevas aplicaciones AR permiten al usuario ‘ver’ el interior de un gabinete metálico cerrado (donde se encuentran los componentes de la máquina) y le ayudan a diagnosticar un problema sin tener que abrirlo físicamente. De esta forma, se pueden evaluar las condiciones ambientales internas mientras el equipo está todavía funcionando (sin que los seres humanos tengan que estar demasiado cerca). Esto aumenta la confiabilidad general y reduce el riesgo de seguridad.

 

Beneficios exponenciales mediante una integración de ‘punta a punta’

Las herramientas de AR requieren un alto grado de integración para realizar estas funciones específicas. Elementos como entorno físico, fuentes de datos, interfaces gráficas, especificaciones de producto (incluido software y compatibilidad de conectividad) e inteligencia artificial deben funcionar todos juntos. En efecto, las herramientas de AR funcionan mejor cuando están conectadas con procesos upstream y downstream en toda la cadena de valor de la fabricación. 

Naturalmente, una programación tan compleja no debe ser responsabilidad del consumidor final, y es por eso que las arquitecturas de tecnología abiertas e inclusivas desarrolladas por el proveedor son importantes para facilitar la implementación a gran escala de aplicaciones de AR.

Los proveedores con experticia en los ámbitos de tecnología de operaciones (OT) y tecnología de información (TI) están teniendo un rol crítico a la hora de promover la adopción de AR. La plataforma EcoStruxure for Industry de Schneider Electric, por ejemplo, consta de tres capas – productos conectados, control de borde y analítica –, que se encuentran integradas para facilitar aplicaciones como AR mediante conectividad y movilidad, analítica en la nube y ciberseguridad.

Recién ahora estamos descubriendo el potencial de esta nueva generación de herramientas de AR en el piso de planta. A pesar de haberse progresado mucho para llegar a este punto, recientes avances en una integración más fácil y casos prácticos acelerarán la adopción de estas soluciones en el mundo de manufactura. Es más que seguro que dentro de 10 años nos daremos cuenta de que 2018 fue tan sólo el comienzo.

 

Preparado por Peter Herweck, Vicepresidente Ejecutivo de la Unidad de Negocios Industria, Schneider Electric.

Está claro para muchos el avance que significa la computación en borde a la hora de manejar datos en tiempo real, ya que acerca al instante el poder computacional a la acción a la hora del análisis. Y también está claro que la computación en borde de ninguna manera reemplaza la computación en nube, sino que ambas trabajan en conjunto.

Es en la nube donde se realiza el trabajo pesado. Y también es el lugar donde se reúnen todas las entidades para compartir y analizar datos de distintos lugares de modo que todos puedan beneficiarse de la información compartida.

La nube ha sido uno de los temas principales tratados durante el último simposio HUG (Honeywell Users Group), donde Honeywell Process Solutions (HPS) anunció su nube de ciberseguridad y el SCADA basado en la nube. 

Ahora, como integrante de su familia de productos Connected Plant, Honeywell ha desarrollado el historizador Uniformance basado en la nube, que usa la tecnología de nube para analizar datos de múltiples sitios a fin de mejorar la disponibilidad de los activos y aumentar el tiempo de operación de una planta.

El historizador Uniformance basado en la nube es una primicia en la industria. Fusiona la capacidad de análisis de datos de proceso en tiempo real de un historizador de empresa tradicional con un ‘Data Lake’, lo que permite la integración de datos de producción, ERP (Enterprise Resource Planning) y otros datos de negocio junto con herramientas de analítica en pos de conseguir inteligencia de negocio. 

Esta integración facilita el análisis instantáneo de datos de empresa en una escala imposible de alcanzar hasta ahora utilizando las herramientas y funciones que ya existían en los distintos sitios y plantas.

El historizador Uniformance basado en la nube lleva por primera vez el poder de la nube y Big Data al tradicional historizador de proceso de Honeywell, conectando incluso las más más complejas organizaciones sin ningún problema,” señaló Vimal Kapur, presidente de HPS. “La solución permite aprovechar los conocimientos de una planta para todas las demás plantas, lo que se traduce en decisiones y acciones más inteligentes y más estratégicas.

Basado en una tecnología de nube nativa y la plataforma IoT Honeywell Sentience, el SaaS (software as a service) aloja aplicaciones de visualización y análisis, lo que facilita la conexión de las fuentes de datos locales a un historizador central en la nube. El software recolecta, almacena y permite el replay de datos de proceso históricos y continuos de planta y de los sitios de producción, y los hace visibles en la nube casi en tiempo real.

El historizador combina almacenamiento de datos en series de tiempo, que respalda a operadores y gerentes a la hora de ejecutar y tomar decisiones, con un repositorio o ‘Data Lake’, que permite a los científicos de datos descubrir correlaciones previamente desconocidas entre datos de proceso y otros datos de negocio de la misma empresa.

La naturaleza de las tecnologías de nube – reducir costos y tiempo relacionados con instalación, hosting y mantenimiento de hardware y software on promise – también significa que proyectos que antes requerían semanas o meses ahora se pueden finalizar en horas. 

Estas eficiencias, combinadas con la posibilidad de usar herramientas y funciones del usuario ya existentes, reducen considerablemente el tiempo de implementación e ingeniería. 

Además, la escala y el nivel de desempeño que se consiguen con una tecnología de nube nativa hacen bajar los costos de informática de una empresa en hasta 25%. Al mismo tiempo, teniendo en cuenta que el historizador Uniformance está construido sobre la plataforma IoT Honeywell Sentience, las futuras actualizaciones se pueden incorporar vía aplicaciones y servicios.

De acuerdo a Janice Abel, analista de ARC Advisory Group, una nube segura es un entorno ideal para aplicaciones como la de un historizador. “Gracias al historizador Uniformance basado en la nube, Honeywell no sólo aloja historizadores in situ, sino que también ofrece nuevas tecnologías de borde, nube y Data Lake para datos de proceso, activos y negocio. Con el historizador, los usuarios de plantas industriales podrán acceder, analizar y aprovechar de manera más rápida y más fácil datos para mejorar el desempeño de la planta y del negocio. También les permite bajar los considerables costos asociados normalmente con el hosting de aplicaciones que exigen muchos recursos.

La mayor ventaja de los instrumentos de campo y actuadores inalámbricos (wireless) nativos es la ausencia de cables para transmisión de datos y alimentación, lo que también elimina los costos asociados de tiempo y dinero en relación a su instalación y futuro mantenimiento.

Las compañías han adoptado el estándar wireless ISA100 por una variedad de razones, entre las cuales, la más crítica de todas, es su capacidad de soportar una comunicación confiable en los entornos de proceso. ISA100.11a (IEC 62734) fue elaborado gracias a la colaboración entre proveedores de dispositivos y sistemas, por un lado, y usuarios finales de automatización de procesos, por el otro, en pos de desarrollar una plataforma capaz de satisfacer a todos los involucrados. En la figura 1 se muestra una topología de red a nivel de dispositivos que usa instrumentos wireless ISA100.11a.

Los dispositivos de campo wireless ofrecen numerosas posibilidades para bajar el costo operacional junto a un mejor desempeño y gestión de la instalación. Pero ocurre que en un gran número de plantas existentes, la mayoría de los dispositivos inteligentes de campo ya están instalados de forma cableada y, como ocurre tantas veces, no se obtiene toda la información disponible de los dispositivos inteligentes compatibles con el protocolo HART. Se puede usar entonces la tecnología wireless con nuevos dispositivos y extender las capacidades de comunicación de la instrumentación inteligente existente, aprovechando, por ejemplo, sus capacidades de diagnóstico. 

 

Adaptadores wireless

En una planta de proceso, a menos que algo esté realmente mal con las redes cableadas existentes, ningún usuario va a sacar y reemplazar los dispositivos cableados que operan correctamente. Sin embargo, a la hora de agregar nuevos dispositivos, es posible que la planta decida no extender las redes cableadas. En este caso, hay disponibles nuevos instrumentos de campo y actuadores como dispositivos wireless autocontenidos. Otra posibilidad sería complementar dispositivos cableados inteligentes convencionales agregando un adaptador wireless para comunicarse con una red wireless.

Un adaptador wireless puede funcionar de dos modos. Primero, se puede agregar capacidad de comunicación wireless completa a un instrumento inteligente cableado convencional. Todos los datos provenientes del dispositivo pueden ser enviados mediante la red wireless sin usar los cables. 

Segundo, se puede extender la capacidad de comunicación de un dispositivo cableado existente. Muchas implementaciones cableadas a nivel de dispositivos de campo no son capaces de aprovechar información alguna más allá de la señal analógica básica que representa la variable de proceso medida, principalmente porque el sistema central sólo posee entradas analógicas convencionales que no permiten interpretar el protocolo de comunicación a través del cableado. Los dispositivos inteligentes instalados en una tal red no pueden ser aprovechados en su totalidad y quedan relegados al rol de un simple dispositivo analógico. 

En este caso, agregar un adaptador wireless permite enviar información adicional, por ejemplo diagnósticos y parámetros de configuración, usando la red wireless, mientras se sigue operando con la red cableada para la transmisión de la variable de proceso.

Cuando se agrega un adaptador a un dispositivo cableado convencional, el adaptador puede estar equipado con su propia fuente de alimentación interna que funciona de manera independiente. Si el instrumento necesita alimentación, el adaptador podrá soportarlo, eliminando la necesidad de cables de alimentación.

 

Características del adaptador wireless

El Módulo Multi-Protocolo Wireless de Campo FN310 de Yokogawa puede trabajar con dispositivos de campo compatibles con HART y ofrece una variedad de funciones básicas de comunicación y operacionales:

  • Convierte los datos HART en un formato adecuado para enviar a través de una red ISA100.11a;
  • Envía los comandos HART para configuración y resolución de problemas;
  • Provee su propia alimentación interna para la transmisión de datos;
  • Provee alimentación para un dispositivo que necesite una fuente externa.

En la figura 2 se muestra un ejemplo de aplicación del Módulo Multi-Protocolo Wireless de Campo con distintos dispositivos compatibles con HART. Este adaptador se monta separadamente y tiene incorporadas todas las funciones necesarias para la comunicación ISA100, de modo que sólo requiere la conexión con el dispositivo de campo.

 

 

Aplicaciones típicas de un adaptador wireless

Hay muchas maneras de usar el Módulo Multi-Protocolo Wireless de Campo en una planta de proceso; la mayoría de las aplicaciones lo utilizan para conseguir la plena funcionalidad de los dispositivos existentes mientras se ahorra en costos de cableado, molestias de instalación y futuro mantenimiento.

Las plantas suelen tener instalados un gran número de dispositivos compatibles con el protocolo cableado HART destinados al monitoreo y control de distintas variables de proceso (figura 3). La mayoría de estos dispositivos de campo están conectados por medio de configuraciones cableadas a nivel de dispositivo. El Módulo Multi-Protocolo Wireless de Campo convierte estos dispositivos en dispositivos wireless compatibles con ISA100.11a sin modificaciones.

Si una planta o unidad de proceso requiere renovación, la planta puede decidir reparar y mantener la red cableada, o simplemente eliminar partes de la misma. Si esto implica la instalación de cables en zonas a prueba de explosión, reemplazar ese cableado con wireless puede significar un importante ahorro. 

En el caso de una actualización de planta importante, donde se deben remover puntos de sensado o reemplazar cables con muchos años de uso, los adaptadores wireless permiten recurrir a dispositivos inteligentes compatibles con HART cableado existentes sin necesidad de reinstalación y mantenimiento de cables.

 

 

Extender la comunicación wireless a dispositivos convencionales

Las plantas que quieran incorporar dispositivos de campo y redes wireless podrían verse restringidas por la limitada selección de dispositivos wireless nativos disponibles hoy en día. Si bien su número está creciendo continuamente, algunos tipos de dispositivos, en particular aquellos con un elevado consumo de energía, sólo están disponibles en configuraciones cableadas convencionales. En tales casos, de ser inteligentes HART, el Módulo Multi-Protocolo Wireless de Campo puede convertir a wireless todos los instrumentos y actuadores compatibles con HART cableado de cualquier proveedor.

 

Recolectar y compartir datos de dispositivos inteligentes

Mientras las variables de proceso de los dispositivos compatibles con HART instalados en una planta existente son enviadas al sistema de automatización de planta a través de la red de dispositivos de campo, otra información, por ejemplo información acerca de las condiciones de los dispositivos y de diagnóstico, puede ser de gran ayuda para el departamento de mantenimiento, que se encarga de recolectar y gestionar tales datos, para usarlos luego con fines de análisise en programas de mantenimiento (Assett Management, por ejemplo PRM de Yokogawa), registros de mantenimiento, utilización de repuestos, etc. Si una red cableada existente de dispositivos de campo no puede extraer esa información y recolectarla para ser compartida entre departamentos, esas ventajas no se pueden concretar. Actualizar la red puede resultar una tarea compleja y costosa, y es en estos casos cuando aparece en escena el adaptador wireless, que se encarga del envío de esa información de forma económicamente viable.

La incorporación de un Módulo Multi-Protocolo Wireless de Campo le permite al departamento de mantenimiento capturar comandos HART cableado e información de diagnóstico de la línea 4-20 mA con pocos cambios en la instalación. El adaptador puede trabajar con dispositivos de dos hilos y de cuatro hilos. En el caso de dispositivos de cuatro hilos, es posible conectar una fuente de alimentación externa al dispositivo, lo que facilita el soporte de dispositivos que tienen un elevado uso de energía.

 

Dispositivos compatibles con HART en áreas remotas donde hay cables de datos o de alimentación

El Módulo Multi-Protocolo Wireless de Campo puede alimentar un dispositivo exterrno, lo que simplifica la instalación de dispositivos compatibles con HART en ubicaciones donde las redes cableadas a nivel de dispositivo no llegan o donde no hay energía disponible. En condiciones favorables, el adaptador puede cubrir una distancia de hasta 500 m en cualquier dirección y más de 1 km si se usan repetidores (routers). 

Por ejemplo, combinando un instrumento HART con un Módulo Multi-Protocolo Wireless de Campo, se puede medir el nivel de agua en ríos y reservorios (figura 4). Gracias a que el adaptador pesa menos de 1 kg incluyendo las baterías, es posible mover fácilmente el adaptador y el correspondiente dispositivo compatible con HART conectado, lo que flexibiliza los cambios de los puntos de medición.

 

 

Extender el alcance de la red wireless actuando como router

En aplicaciones donde las distancias entre los dispositivos de campo wireless son muy grandes o donde las grandes estructuras metálicas crean barreras para una propagación eficaz de las señales wirelsss, se puede usar un Módulo Multi-Protocolo Wireless de Campo como router para enviar comunicación hacia o desde otros dispositivos wireless de campo (figura 4). Puede haber otro instrumento wireless nativo ISA100.11a que sirva para la misma función, pero en muchas situaciones es más fácil usar un adaptador como router dedicado ya que es de poco peso y compacto. También puede ser colocado estratégicamente para completar la red de una manera óptima.

 

Conclusión

Instalar un Módulo Multi-Protocolo Wireless de Campo permite convertir instrumentos y actuadores de válvula inteligentes compatibles con HART cableado ya existentes en dispositivos wireless. Aporta flexibilidad a la hora de agregar nuevos dispositivos en plantas existentes usando redes de datos de dispositivos de campo wireless, reduciendo así costos de instalación de cableado y mantenimiento. También amplía la gama de tipos de sensores wireless disponibles y simplifica la instalación de dispositivos. 

Muchos operadores de planta consideran que el adaptador wireless es un dispositivo de gran utilidad que permite que una planta existente pueda disfrutar de los beneficios del sensado wireless y de las ventajas de la gestión de activos a través del acceso a variables de diagnóstico avanzado que los instrumentos inteligentes de campo hacen posible una vez que se accede a sus comandos HART.

 

Preparado con material suministrado por Yokogawa Argentina S.A.

La instrumentación de campo se basa cada vez más en la comunicación digital. En consecuencia, hoy en día, el éxito de un proyecto depende en gran medida de la facilidad de configuración de los dispositivos para intercambiar datos a través de redes digitales. 

Los dispositivos inteligentes modernos cuentan con capacidades altamente sofisticadas, pero la configuración sigue siendo un proceso mayormente manual. Además, en su gran mayoría, los dispositivos de campo están diseñados para una determinada aplicación y son muy personalizados, lo que los hace costosos, difíciles de cambiar e implican mucha ingeniería. También requieren una gran cantidad de documentación y pruebas.

Afortunadamente, gracias al crecimiento de Industrial IoT (IIoT) de hoy en día, surgen oportunidades para implementar aplicaciones basadas en la nube y activos conectados inteligentes para reducir tiempo, dinero y errores asociados con diseño, órdenes de compra, configuración y puesta en marcha de instrumentos. La ingeniería en la nube con herramientas integradas y documentación automatizada permite disminuir el riesgo y la programación de un proyecto, bajar costos y trabajo de implementación, simplificar operaciones, minimizar el costo del ciclo de vida, mejorar la eficiencia gracias a menos paradas y aumentar la seguridad. Empresas contratistas ‘llave en mano’ suelen alcanzar ahorros inmediatos de 15-30% en el costo de ingeniería recurriendo a herramientas basadas en la nube.

 

Aplicaciones basadas en la nube

Una nueva clase de aplicación de ingeniería lleva la configuración de instrumentos a la nube, lo que facilita la confección sin errores de órdenes de compra de instrumentos, la preconfiguración para simplificar la instalación y la colaboración online para aumentar las eficiencias de un proyecto. Esto, a su vez, recorta el tiempo de configuración y puesta en marcha de los dispositivos.

La ejecución en la nube también elimina trabajos duplicados de ingeniería, minimiza errores y simplifica tareas desde el comienzo de la especificación hasta la instalación, mientras reduce los requerimientos de pruebas y comisionamiento.

Gracias a la capacidad de comisionamiento automatizado de un dispositivo, se pueden configurar lazos de control a través de la nube y recortar tiempo de comisionamiento a minutos lo que antes se hacía en horas. Más aún, la configuración en la nube automatiza la vinculación de dispositivos físicos en el campo.

Cuando no hace mucho los ingenieros de proyecto realizaban tareas complicadas y repetitivas en las etapas iniciales de un proyecto, ahora el comisionamiento automatizado de dispositivos permite que expertos de todo el mundo puedan desarrollar y realizar pruebas de la configuración. La gente colabora en el trabajo usando la misma herramienta y sin necesidad de enviar información y emails ida y vuelta. Todas las pruebas se hacen una sola vez – en la nube – utilizando capacidades inteligentes y luego se indican futuros cambios en la base de datos.

Las herramientas basadas en la nube también facilitan la selección del instrumento adecuado y la configuración basada en los parámetros exactos de una aplicación, evitando así errores costosos al comienzo del proyecto. El personal puede usar laptops, tablets o teléfonos celulares para ingresar datos técnicos relacionados con sus requerimientos específicos, colaborar con otros por medio de una infraestructura en la nube para acelerar las decisiones de ingeniería, y luego determinar el ajuste óptimo de los dispositivos necesarios en el proyecto.

La documentación de los parámetros de diseño ingresados y la configuración de los instrumentos preservan electrónicamente el trabajo de ingeniería y permiten la generación automatizada de un número de modelo para el dispositivo que es único en cuanto a los requerimientos de configuración. En base a esto, los instrumentos pueden ser ordenados y entregados preconfigurados, listos para ser instalados en el campo, ahorrando tiempo de instalación.

Además, las nuevas herramientas basadas en la web ofrecen una interface gráfica familiar para la nueva generación de personal que está teniendo ahora un rol cada vez más importante en los proyectos de automatización.

 

Las nuevas herramientas

Las más recientes herramientas de configuración y comisionamiento basadas en la nube pueden abordar un buen número de desafíos que se reiteran con mucha frecuencia. En particular, pueden manejar una de las más difíciles tareas en cualquier proyecto de automatización: determinar dónde colocar un instrumento de campo en el sistema de control. 

Por una parte, esto sirve como eje para el resto de la configuración. Por la otra, que es una visión más tradicional, el paradigma de la estrategia de control, en su totalidad, se basa en el canal al cual está conectado ese instrumento de campo. Un error y toda la estrategia de control ya no sirve.

Con el advenimiento de la capacidad de comisionamiento automatizado de dispositivos, la inteligencia inherente de los transmisores inteligentes, por ejemplo los que emplean el protocolo HART, permite desprenderse de los pasos que insumen tiempo y que alguna vez eran obligatorios en cada proyecto. También puede responder a los requerimientos convencionales de un área de marshalling de gran tamaño y centralizada y trasladar E/Ss redundantes al campo.

Las modernas herramientas online permiten realizar la configuración inicial de los dispositivos y luego las pruebas de funcionamiento. Una vez instalados los dispositivos en el campo y conectados a los módulos de E/S, se procede al comisionamiento automatizado de losdispositivos para cada gabinete. Este proceso también documenta la configuración y ubicación de los dispositivos para una futura referencia.

Cuando un técnico conecta un dispositivo HART 6 ó 7 a, por ejemplo, un sistema de control distribuido (DCS), el sistema detecta la conexión e interroga al dispositivo para ver el nombre de tag contenido en una tira de 32 caracteres que viene con el estándar HART. Después de determinar el nombre del dispositivo, el sistema configura el correspondiente controlador, módulo de E/S y dispositivo. Esta característica evita cambios de hardware más tarde en el proyecto, ya que sólo el software requiere modificación.

El comisionamiento automatizado de dispositivos también elimina posibles inflexibilidades a la hora de programar sistemas de control cuando se conectan nuevos instrumentos. Hasta ahora, el personal de la sala de control tenía que generar un punto de medición y programarlo para trabajar con cada nuevo dispositivo. En cambio, una herramienta de comisionamiento automatizado de dispositivos realiza automáticamente la programación, ahorrando tiempo en crear nuevos puntos de medición.

El comisionamiento automatizado de dispositivos simplifica y autodocumenta los cambios de último momento en un proyecto de automatización. Se puede simular por completo el desempeño de controladores, E/Ss y servidores, lo que permite testear la configuración de un sistema independientemente de la última plataforma de hardware.

Además, una herramienta de comisionamiento automatizado puede servir para localizar errores críticos de cableado, tales como canales de instrumentos no coincidentes, y actualizar automáticamente la configuración. Antes, esto hubiera requerido que los técnicos gasten horas verificando la fuente de alimentación, chequeando conexiones a los módulos de E/S, etc.

Las nuevas herramientas de configuración online también tienen sus limitaciones. Por ejemplo, aprovechar las capacidades de autodetección y configuración requiere el uso de dispositivos HART 6 o más recientes. En el caso de dispositivos no HART, tales como entradas o salidas discretas, normalmente no hay mucho para configurar.

Proceso simplificado

Las herramientas basadas en la nube también mejoran la eficacia a la hora de especificar y desplegar un gran número de nuevos instrumentos de campo, algo común en una expansión. El método tradicional implicaba una multitud de pasos, por ejemplo, seleccionar un instrumento apropiado, elegir opciones adecuadas y garantizar la compatibilidad de uno con otro. Luego, una vez instalado el dispositivo, ajustar los parámetros necesarios para optimizar el desempeño y habilitar la comunicación de la información correcta, pruebas, resolución de problemas, etc. El uso de una herramienta basada en la nube ahorra tiempo, reduce costos y minimiza el riesgo.

Una herramienta de aplicación y validación online puede favorecer considerablemente el proceso de selección de instrumentos al brindar una guía paso por paso a la hora de elegir los mejores dispositivos de nivel, presión y temperatura para un proyecto dado. La función de validación permite determinar el ajuste óptimo para la aplicación de un instrumento. Luego, la función de configuración permite establecer un número de modelo de dispositivo completo, obtener información de precio y colocar una orden.

Por ejemplo, en una aplicación típica de medición de tanques, las entradas requeridas incluyen:

  • Información acerca del tanque y sus mediciones;
  • Detalles y mediciones de todos los obstáculos que se encuentran en el interior del tanque;
  • Detalles acerca del o los productos contenidos en el tanque;
  • Rango anticipado de temperaturas dentro del tanque;
  • Variación esperada de presión;
  • Detalles específicos acerca de la certificación necesaria de seguridad de área;
  • Atributos del tipo de conexión que se necesita para el instrumento de nivel.

Las herramientas que ofrecen una representación gráfica interactiva de la instalación de proceso permiten el uso de formas predefinidas para ilustrar un tanque o una cañería, colocan un instrumento en el lugar deseado e ingresan los parámetros de proceso. Eligen el dispositivo correcto e identifican las opciones apropiadas y la configuración para la aplicación. También envían una alerta si el instrumento no es compatible con el entorno de servicio especificado. 

Si es necesario, el usuario y el proveedor podrán visualizar simultáneamente el esquema de aplicación en tiempo real mientras discuten posibles cambios por teléfono. La aplicación elimina la posibilidad de opciones no coincidentes y otros errores comunes en la confección de las órdenes de compra. 

El uso de una herramienta de aplicación y validación en la nube también garantiza que los instrumentos que llegan al sitio estén preprogramados por la fábrica en base a la información provista durante el procedimiento de especificación online, eliminando así la necesidad de ingreso manual de datos con un dispositivo portátil o teclado. De esta manera, el trabajo de configuración se realiza una sola vez y los instrumentos quedan listos para su instalación inmediata ni bien lleguen al destino.

Si un instrumento llegara a fallar en el futuro, la fábrica o el servicio podrán recurrir a un diagrama original online para visualizar todos los parámetros de aplicación y servicio, y para ver dónde se encuentra instalado el instrumento, lo cual simplifica la resolución de un mal funcionamiento de los dispositivos, ahorra dinero y mejora la eficiencia.

 

Las nuevas tecnologías basadas en la nube permiten conseguir una considerable mejora en los resultados de un proyecto.

 

Importantes beneficios

En general, la nube puede ofrecer:

  • Un riesgo reducido de proceso;
  • Menor costo y trabajo de ingeniería;
  • Aumento en la eficiencia de proyecto;
  • Menos duplicación del trabajo de ingeniería;
  • Un menor número de errores de configuración.

El uso de un comisionamiento automatizado de dispositivos y herramientas de aplicación y validación de instrumentos online es casi imprescindible en los grandes proyectos, donde las ventajas son innegables:

  • Tiempo reducido de especificación;
  • Comisionamiento más rápido;
  • Facilidad de operación;
  • Menor costo de implementación.

Gracias a la ejecución en la nube, el personal de proyecto puede reconfigurar dispositivos de campo en funcionamiento y realizar cambios según necesidad sin afectar mayormente la infraestructura física. También se reduce la posibilidad de que se cometan errores costosos gracias a la capacidad de reelaborar cualquier etapa del proceso.

Para resumir, las nuevas tecnologías basadas en la nube permiten a los usuarios conseguir una considerable mejora en los resultados del proyecto. Estas herramientas pueden tener un rol clave para garantizar que los controles y la instrumentación planteen el menor riesgo para el programa y costo de un proyecto, promoviendo al mismo tiempo una puesta en marcha y operaciones seguras, eficientes y confiables.

 

Preparado en base a una presentación de Amol Chaubal, de Honeywell Process Solutions.

 

Gracias a la posibilidad de transmitir datos de vibración a través de redes wireless, el monitoreo continuo de equipos rotantes resulta más práctico y más económico.

Cuando la gente piensa en las instalaciones de proceso, tiende a pasar por alto equipos rotantes existentes y cuán crítico es su rol en la operación general de una planta (figura 1). 

 

Si, por ejemplo, una bomba, un compresor o algún otro dispositivo falla, puede tener un efecto serio en la producción. El hecho de que muchas bombas están configuradas como doble redundantes es una clara indicación de su importancia.

Shuji Yamamoto, de Yokogawa Electric Corp., hablando de la vibración, señala que hay una variedad de causas y que es uno de los mayores enemigos de los equipos rotantes. “Piense en una bomba típica accionada por un motor con un acoplamiento flexible. Si los ejes no están centrados en la misma línea, el acoplamiento podrá compensar la mala alineación pero es probable que introduzca vibración en la instalación. La vibración genera fuerzas perjudiciales en los cojinetes a bolillas, provocando un desgaste prematuro, lo que aumenta aún más la vibración global. Pasado un tiempo, el problema se acrecienta hasta que uno o más cojinetes fallan. Los sellos mecánicos de la bomba también podrán sufrir un daño e iniciarse una pérdida. No mucho tiempo después, será necesario parar la instalación y proceder a su reemplazo.”

Además de la vibración inherente que hay en todos los equipos rotantes, al menos a un cierto nivel, es posible que se transmita también vibración potencialmente dañina a través de la cañería y estructuras de soporte desde otra maquinaria que pueda haber en la unidad de proceso. La buena noticia es que, si bien la vibración no puede ser eliminada por completo, se la puede medir y analizar en la búsqueda de una acción correctiva.

Hay disponible sensores para caracterizar y cuantificar la cantidad de vibración y para capturar patrones característicos, muchas veces conocidos como firmas (signatures). Estos sistemas de monitoreo utilizan normalmente un sensor piezoeléctrico para generar y transmitir una señal proporcional a la vibración medida.

Los sensores de vibración y los correspondientes adquisidores de datos ya están disponibles desde hace años, pero los anteriores sistemas resultaban  costosos de instalar, limitando su implementación a los equipos rotantes de alto costo y críticos. En las demás instalaciones, los técnicos llevaban unidades portátiles para realizar inspecciones de planta de rutina y chequear manualmente cojinetes, sellos y otros puntos críticos. 

Según Yamamoto, los sistemas portátiles sofisticados pueden capturar información histórica y comparar instalaciones específicas en el tiempo, pero tales rondas también insumen tiempo y, en definitiva, son costosas. “Además,” comentó, “en plantas con un número mínimo de personal de mantenimiento y operaciones y equipos rotantes geográficamente dispersos, estas rondas se pueden demorar o saltear si surgen otras tareas más importantes.”

 

Ventajas del monitoreo continuo

A no ser una falla catastrófica de algún componente, los problemas de vibración no suelen avanzar demasiado en un período corto de tiempo. Se suele mencionar este criterio para respaldar la idea de inspecciones periódicas. “Desafortunadamente,” explicó Yama­moto, “los problemas de vibración pueden aumentar lentamente hasta llegar a un punto crítico, y luego más acentuadamente hacia la falla, todo lo cual podría ocurrir inevitablemente antes de la próxima inspección manual programada.”

El monitoreo continuo puede detectar esas situaciones cuando la curva de vibración comience a trepar aceleradamente hacia un punto de falla, informando a los técnicos acerca del mantenimiento requerido cuando todavía es posible responder preventivamente. El software puede identificar esas clases de movimientos y luego hacer sonar alarmas apropiadas a la urgencia de la situación y criticidad de los equipos.

De acuerdo a Yamamoto, el uso de sensores de vibración económicos hace que muchas instalaciones permanentes se puedan beneficiar de su aplicación a más equipos rotativos, cuando los costos del cableado de un sensor no han bajado. De hecho, en muchos casos, estos costos han subido. 

Al respecto, uno de los mayores avances tecnológicos de la última década ha sido el advenimiento de protocolos de instrumentación inalámbrica (wireless) eficaces y prácticos, tales como el protocolo ISA100 Wireless, y sensores capaces de comunicarse usando estos protocolos.

 

Programa de monitoreo de vibraciones

Las implementaciones de un programa de monitoreo de vibraciones suelen ser paulatinas,” explicó Yamamoto, “e implican elaborar una lista de instalaciones, comenzando con las más críticas. Dentro de este contexto, el término ‘crítico’ tiene una variedad de aspectos, donde lo más importante normalmente se refiere a la posibilidad de que se interrumpa la producción debido a una falla. Si el proceso no puede operar sin una determinada máquina rotante, por ejemplo una bomba, y no hay repuesto disponible para su reemplazo inmediato, la bomba es muy crítica, independientemente de su capacidad y costo.” La mayoría de las plantas están al tanto de esas instalaciones, en particular si han tenido un historial de problemas al respecto.

Sin embargo, los niveles secundarios y terciarios pueden volverse más complejos. Algunas empresas seleccionan en base al costo de los equipos. Al mismo tiempo, otras consideraciones, tales como dificultad de reparar o disponibilidad de repuestos, también entran en el tema, pero son más difíciles de cuantificar. En definitiva, es importante incluir una variedad de factores desde distintos puntos de vista a la hora de tomar tales decisiones.

También es importante seleccionar la plataforma adecuada de gestión de activos para recolectar y procesar los datos provenientes de toda la planta,” advirtió Yamamoto. “Al haber más información  disponible, las preguntas pasan por dónde ir y cómo se la debe usar. ¿Quién debería recibir las alarmas? ¿Mantenimiento? ¿Los operadores de la sala de control? Si una instalación altamente crítica está comenzando a mostrar signos de un problema, la sala de control quizás necesite ser informada si es necesario que actúen los operadores antes de que la situación requiera mantenimiento para reparar. Un sistema eficaz de gestión de activos puede manejar correctamente esta clase de situaciones.”

 

Monitoreo wireless de vibración

Yokogawa ha desarrollado un sistema de sensores y transmisores wireless diseñado específicamente para el monitoreo continuo de los distintos tipos de equipos rotantes que se usan en instalaciones de proceso.

El sensor de aceleración piezoeléctrico de Yokogawa es compacto y fácil de instalar cerca de los equipos (figura 2). Un cable conecta el sensor a un módulo de comunicación wireless montado en un lugar adecuado, donde no haya obstrucciones que puedan interferir con la propagación de la señal de radio de la unidad.

El sistema completo es autoalimentado con baterías ubicadas en el módulo de comunicación. Con una tasa de actualización de un minuto, un juego de baterías podría durar incluso hasta 10 años. Los datos son enviados a través de la red wireless al gateway del sistema. Si ya hay en uso otros dispositivos de campo wireless ISA100 en la instalación, los monitores de vibración pueden ser parte de la misma red, integrándose y comunicándose con el gateway pre-existente, igual que cualquier otro módulo de comunicación o sensor.

El sistema de monitoreo de vibraciones wireless tiene todas las especificaciones necesarias parea las funciones que se requieren en el monitoreo de condiciones (Tabla 1). Los datos de las unidades instaladas en la planta pueden ser enviados a un sistema de control o monitoreo para informar a operadores y personal de mantenimiento ante cualquier cambio de condiciones en los equipos que están siendo monitoreados.

El sensor piezoeléctrico de vibraciones puede medir velocidad y aceleración. La naturaleza de la vibración y el tipo de equipos definen qué método analítico es mejor a la hora de determinar la condición de salud de los equipos. Como regla empírica, cuando las frecuencias son bajas, lo preferible es medir velocidad, pero cuando aumenta la frecuencia, es mejor medir aceleración. El personal de planta determina la frecuencia de lectura y qué técnicas analíticas se deben usar para cada instalación. Los rangos de lo que se considera una vibración tolerable versus peligrosa están publicados en varias fuentes, pero lo recomendable para un componente dado de los equipos en cada planta se debe establecer en cooperación con el fabricante de los equipos.

El sensor puede enviar una nueva lectura cada 10 segundos; la necesidad de un tan rápido periodo de refresco es rara y es a costa de la vida de la batería,” explicó Yamamoto. “Pasar a una tasa de actualización de una vez por minuto puede extender considerablemente la vida de la batería, y todavía tener suficientes datos en la mayoría de las aplicaciones.”

Si se requiere un análisis más sofisticado, hay paquetes de software de terceros en el mercado que permiten observar patrones e identificar fuentes de vibración anormal. Este tipo de trabajo se realiza en el sistema central y no en los dispositivos individuales, y suele combinar señales de múltiples sensores desplegados en todos los equipos para detectar fuentes de posibles inconvenientes en forma anticipada, conforme se desgastan o deterioran los equipos.

 

Conclusión

Yamamoto considera que la industria de procesos se podrá beneficiar sustancialmente utilizando sensores económicos de vibración combinados con redes inalámbricas. “Trabajando en conjunto, las dos tecnologías ofrecen información crítica a los operadores y otros personal de planta para alertar de posibles problemas antes de que la planta sufra algún daño y perder producción. En algunas situaciones, evitar aunque sea una parada permite ahorrar suficiente dinero como para repagar la inversión del equipo de monitoreo instalado. Este enfoque es altamente flexible y escalable, ya que se puede comenzar en un área y luego ir expandiéndose cuando las necesidades y circunstancias lo permitan.”

 

Preparado en base a material suministrado por Yokogawa Argentina S.A. 

iTHERM TrustSens TM37x de Endress+Hauser es el primer termómetro compacto en el mundo con auto-calibración totalmente automatizada en línea, lo que se traduce en una elevada seguridad de producto y mayor disponibilidad de planta. Su nueva tecnología de sensor facilita el monitoreo continuo de procesos, minimizando el riesgo de no conformidades sin detectar durante operación.

El nuevo termómetro ofrece una gran variedad de beneficios:

  • Reducción de riesgo y costo al operar con auto-calibración y ‘Heartbeat Technology’;
  • Quedan eliminadas las paradas de producción gracias a la auto-calibración en línea automatizada y totalmente trazable;
  • Certificado de calibración imprimible;
  • La mayor exactitud del punto de medición mediante adaptación sensor-transmisor;
  • Certificaciones y aprobaciones internacionales – EHEDG, ASME BPE, FDA, 3-A, 1935/2004, 2023/2006, 10/2011, CE CRN, CSA General Purpose;
  • Rango de medición: -40 a +160°C;
  • Hay disponibles más de 50 conexiones de proceso estériles e higiénicas, tales como roscadas, clamp, APV-Inline, Varivent, DIN 11851.
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