Gestión del desempeño de activos e IIoT

 

A no dudarlo: IIoT jugará un rol clave a la hora de implementar una APM (gestión del desempeño de activos) avanzada.

    Al respecto, todos sabemos que es necesario medir el estado de los activos para poder maximizar la eficiencia operativa de los mismos (‘cosas’ para IIoT). Por ejemplo, son innumerables los activos en una planta petrolera, tales como miles de bombas y quizás 100 km de cañerías en total. Es difícil detectar la corrosión en todas estas líneas.

Para prevenir paradas y accidentes de planta inesperados, es necesario monitorear muchas cosas, tales como vibración de las instalaciones, fugas de líquidos y gases, temperaturas anormales y un ruido inusual. Además, aun cuando se puedan medir muchos de estos inconvenientes, los datos no son transmitidos más allá de los paneles de control e indicadores en el campo a la sala de control central.

Para obtener datos valiosos de medición, los operadores humanos patrullan distintas ubicaciones en el campo todos los días, incluso ubicaciones en altura y otros lugares de difícil acceso, y físicamente deben tocar instalaciones para chequear temperatura y vibración, escuchar ruido o detectar alguna anomalía. Gracias a tan meticulosos esfuerzos, las plantas se mantienen libres de accidentes y operan en forma continuada.

Mientras tanto, la evolución de la tecnología de sensado ha hecho posible la lectura de datos que normalmente no se podía realizar o sólo eran estimados indirectamente. Hoy en día, en una planta se pueden instalar nuevos sensores compactos con comunicación wireless y baterías de larga vida. En consecuencia, ya es posible recibir señales desde miles de sensores remotos durante largos periodos de tiempo.

Activos equipados con sensores muestran su estado en la red. El tiempo y la distancia dejaron de ser restricciones; el estado de los activos puede ser monitoreado en todo momento desde múltiples oficinas dondequiera que estén ubicadas. Salvo por el costo inicial de los sensores, no hay otros gastos; los datos son transmitidos casi sin costo y no hay necesidad de cables, racks y el trabajo de instalarlos. Además, los errores humanos y las diferencias entre personas a la hora de leer valores quedan eliminados. Sensores de alta performance podrán detectar luz, sonido, olores, vibración durante largos periodos, distorsión y medir otros objetos que no pueden ser sensados por los operadores humanos. Estos datos son registrados digitalmente y acumulados para su análisis y mejora en el futuro.

El valor que aporta APM queda definido por dos aspectos:

  • Productos que incorporan una tecnología avanzada de sensado;
  • La mejora operativa que se obtiene analizando la información acerca de activos, producción y mantenimiento.

En particular, el segundo punto es crítico para empresas con activos ya que esta mejora aumenta su competitividad de costos. Aun cuando también sea una ventaja que la información pueda ser almacenada en servidores o en la nube y pueda ser transmitida rápidamente a lugares distantes, estos aspectos no son tan críticos.

Cabe señalar que la importancia de las mejoras y el valor agregado que ofrece APM no es proporcional al costo involucrado salvo en lo que hace a sensores y otro hardware. Piense en un proyecto de construcción: sus costos quedan determinados por las cantidades de hormigón, acero y otros materiales, duración de la construcción, etc., y todos ellos son proporcionales al tamaño del edificio a construir. En cambio, el valor agregado que aporta APM no necesariamente es proporcional al costo. Las cantidades y clases de datos y su distancia de transmisión no inciden en el costo. La importancia del valor agregado queda definida por cómo se analizan estos datos, por cómo se identifican las relaciones con la tasa de falla y por cómo se usa esta información para mejorar el proceso de manufactura y el mantenimiento. El gasto adicional (costo marginal) para aumentar el valor agregado se aproxima a cero.

Un sistema bien diseñado permite que los sensores detecten síntomas y que sean analizados por el algoritmo para compararlos con los datos pasados acumulados en el sistema de gestión de mantenimiento. Si es necesario, el sistema alerta al personal de mantenimiento y propone una acción adecuada mientras muestra los documentos pertinentes. El sistema también notifica al sistema MES y al sistema de control acerca de cualquier anomalía y obliga a estos sistemas a tomar la acción que corresponde para la producción. De acuerdo al estado de los procesos, el sistema muestra información de respaldo para los operadores. Mientras tanto, se van acumulando registros de mantenimiento en el sistema de gestión de mantenimiento de los equipos para su análisis en el futuro. Se espera que estos sistemas puedan cooperar de manera más eficaz y compartir información entre ellos.

 

Preparado en base a una presentación de Junji Yamamoto, de Yokogawa.

Utilización eficiente de datos sin usar
Endress+Hauser: Utilización inteligente de datos e información provenientes del nivel de campo.

 

En la próxima Hannover Messe 2019, Endress+Hauser mostrará en su stand la utilización inteligente de datos e información obtenidos de dispositivos de campo y la manera en que se puede liberar ese enorme potencial oculto en una planta. La base de esta estrategia es la información de diagnóstico generada por Heartbeat Technology, una gran variedad de interface digitales y módulos de conectividad,  y el ecosistema Netilion IIoT.

 

Netilion: Ecosistema IIoT basado en la nube

Todos los usuarios están interesados en temas como mantenimiento predictivo y evitar paradas de sistema no planificadas. Endress+Hauser ofrece ahora soluciones que usan el potencial oculto en sus dispositivos de campo. Como los datos ya existen, las aplicaciones de Netilion permiten a los usuarios aprovecharlos. Con el ecosistema Netilion basado en la nube, es posible implementar aplicaciones inteligentes y conectadas para IIoT.

 

Heartbeat Technology: Sentir constantemente el pulso

Endress+Hauser ofrece una amplia gama de instrumentos equipados con Heartbeat, una tecnología que ofrece un alto nivel de disponibilidad de sistema con un mínimo esfuerzo. Esta tecnología integrada entrega notificaciones concisas y estandarizadas de diagnóstico y datos de monitoreo que permiten a los usuarios atender y mantener sus sistemas de manera precisa cuando sea necesario. Junto con las aplicaciones de Netilion, estos datos facilitan el mantenimiento predictivo. La información también aporta una indicación de la confiabilidad operativa y seguridad del proceso. Puesto que los instrumentos monitorean automáticamente sus condiciones, se pueden reducir los ciclos de inspección manual.

 

Utilización eficiente de datos sin usar
El ecosistema Netilion basado en la nube respalda a los usuarios con aplicaciones inteligentes y conectadas.

 

Otras novedades

El nuevo Liquiphant FTL51B es un robusto switch de nivel puntual para todos los líquidos que viene ahora con Heartbeat Technology integrada para pruebas documentadas sin necesidad de remover el instrumento o interrumpir el proceso.

Otro producto nuevo con Heartbeat Technology es Gammapilot FMG50, un transmisor de nivel radiométrico que puede ser instalado allí donde otros principios de medición no pueden resolver la aplicación.

Otras novedades son el caudalímetro Proline 300/500 y un nuevo sensor de flujo Promass A para medir pequeños caudales, que también está disponible con tecnología bifilar.

Honeywell simplifica la conectividad IIoT

 

Honeywell Process Solutions ha anunciado recientemente el primer toolkit de software robusto y totalmente escalable que simplifica la interconexión de sistemas industriales de software, facilitándoles la comunicación entre sí sin importar la plataforma, el sistema operativo o el tamaño.

El SDK (Software Development Kit) Matrikon FLEX OPC UA es una herramienta ideal para aplicaciones que suelen tener recursos mínimos de memoria y procesamiento.

Destinado a las industrias discretas y de procesos, Matrikon FLEX es un toolkit de desarrollo de alta performance que habilita cualquier aplicación, sin importar su tamaño, con OPC UA. Es el único SDK que cubre todas las necesidades del mercado, desde pequeños chips embebidos hasta servidores de empresa, y será un componente clave de Connected Plant de Honeywell.

Connected Plant es el método holístico que ofrece Honeywell para anticiparse y responder a las necesidades de los usuarios aprovechando el poder de IIoT”, explicó Shree Dandekar, gerente general de Honeywell Connected Plant. “Dentro de este entorno, OPC UA tiene un rol clave a la hora de brindar soluciones de negocio basadas en resultados. El lanzamiento de Matrikon FLEX confirma la importancia de esta tecnología.”

La creciente adopción de IIoT e Industrie 4.0 responde a los requerimientos de una conectividad abierta y segura entre dispositivos, por ejemplo máquina a máquina o M2M, y también soluciones de borde a nube.

Puesto que OPC UA es un estándar clave de conectividad de datos, los proveedores buscan habilitar sus productos tanto nuevos como existentes con esta tecnología para poder competir en el mundo de IIoT/Industrie 4.0.

SDK incorpora primeros principios embebidos, que lo hace más pequeño y más adecuado para aplicaciones de recursos restringidos a la hora de implementar una arquitectura altamente escalable.

También se destaca por tener bajos requerimientos de memoria y, como tal, opera de manera eficiente para aportar suficientes recursos de CPU tratando de lograr una funcionalidad adecuada de los dispositivos.

Según Tom Burke, presidente de OPC Foundation, “para implementar OPC UA, los proveedores necesitan un toolkit que minimice el trabajo y el tiempo de desarrollo, y permita entregar productos seguros y confiables. El nuevo SDK es ideal para las empresas que ya tienen OPC UA y avanzan con IIoT, ya que permite lanzar productos habilitados por OPC UA de manera más rápida y con menos cambios.”

Con su diseño tipo ‘servidor/cliente en un solo paquete’, Matrikon FLEX facilita la elaboración de productos OPC UA optimizados y confiables sin necesidad de que el personal de desarrollo sea experto en OPC UA.

A diferencia de otros proveedores que requieren un toolkit OPC UA aparte a la hora de implementar productos en distintas plataformas, Honeywell ofrece un único toolkit que los desarrolladores podrán usar para mantener y actualizar todos sus productos. Es una respuesta eficiente y económica cuando lo que se busca es implementar conectividad IIoT en toda la cartera de productos.

Matrikon FLEX también se destaca por un diseño robusto y confiable que maximiza el tiempo de operación de un producto, lo que permite implementar OPC UA en productos con recursos computacionales mínimos. El toolkit ofrece una gestión de memoria confiable y puede correr virtualmente en cualquier sistema, desde plataformas embebidas con recursos restringidos hasta poderosas aplicaciones basadas en PC.

Implementar IIoT requiere capacidades de gestión de datos en tiempo real especializadas

IIoT (Industrial Internet of Things) tiene que ver con integración empresarial, pero a gran escala. ¿De qué otra manera se podría describir el deseo de integrar ‘todo’ con ‘todo lo demás’ y sin intervención humana? IIoT se refiere no sólo a lograr que las cosas hablen una con otra, sino también a abarcar el ciclo de vida completo del producto y los componentes asociados. Ser capaz de hacerlo mejorará por cierto la calidad del producto, ya que será posible seguir las materias primas desde sus fuentes hasta los productos finales.

RFID fue el paso inicial de IIoT hace unos 20 años atrás, cuando hizo posible el seguimiento de activos más pequeños a un costo razonable, especialmente gracias a sensores que redujeron el costo de las comunicaciones en campo cercano (NFC) para la gestión logística de la cadena de suministro. Con el crecimiento de redes digitales y sensores inteligentes, la capacidad de capturar más datos a bajo costo sigue expandiéndose más cerca del ‘borde’, o sea del proceso que se está monitoreando. La omnipresencia de Ethernet (cableado e wireless) como backbone universal facilita la transferencia de cantidades masivas de datos en cualquier lugar y en todo momento.

Hay tres iniciativas IIoT en marcha, todas trabajando en pos de una posible alineación. Dos de éstas es probable que tengan un fuerte impacto en nuestros mercados: Industrie 4.0, lanzado en la Hannover Messe de 2011 y al comienzo centrada en manufactura, que está siendo promovida principalmente por la Union Europea (IEC) y, en particular, por Alemania; e Industrial Internet Consortium (IIC) con sede en los Estados Unidos. Industrie 4.0 e IIC han estado colaborando desde 2016.

La tercera iniciativa, Made in China 2025, como su nombre lo indica, forma parte del plan quinquenal chino lanzado en 2015 y destinado a mejorar la posición de China como actor global en el sector industrial de alta tecnología.

ABI Research estima que en 2017 había 66 millones de conexiones de IIoT, en su mayoría de línea fija, en todo el mundo, con 13 millones de esas conexiones incorporadas ese año y de las cuales una cuarta parte eran wireless. Este crecimiento se irá acelerando a 18 millones nuevas conexiones por año en 2021. Se estima que la tecnología wireless LPWA de área amplia y baja potencia crecerá más que las conexiones cableadas al pasar a 4G LTE, y pronto a 5G.

Los principios de diseño de Industrie 4.0 incluyen: interoperabilidad (interconexión y conectividad); transparencia de la información (virtualización o entidades virtuales); descentralización (autonomía); capacidad de tiempo real; asistencia técnica y orientación a servicio; y modularidad.

La interoperabilidad también tiene que ver con colaboración, esto es la posibilidad de tener muchos estándares hablando uno con otro para usar datos de distintas fuentes sin intervención humana. La transparencia de la información requiere el desarrollo de modelos para representar al mundo físico en el mundo virtual de datos. El modelo RAMI 4.0 (Reference Architectural Model Industrie), desarrollado en 2015 por la asociación alemana ZVEI, describe los principios de Industrie 4.0 utilizando tres dimensiones: niveles de jerarquía, ciclo de vida y cadena de valor, y capas de arquitectura.

La dimensión jerárquica consiste de siete niveles de agregación:

  • El mundo conectado
  • La empresa
  • Los centros de trabajo
  • Estaciones (o máquinas)
  • Dispositivos de control
  • Dispositivos de campo (sensores y actuadores)
  • Proceso y productos

La segunda dimensión, ciclo de vida y cadena de valor, abarca las distintas etapas de mapeo de datos a lo largo de los ciclos de vida pertinentes en RAMI 4.0, de toda la cadena de valor, los distintos procesos y las partes involucradas.

La tercera dimensión, o sea la capa de arquitectura, tiene que ver con:

  • La empresa y sus procesos de negocio
  • Las funciones de los activos
  • Los datos requeridos
  • La comunicación como acceso a la información
  • La integración abordando la transición del mundo real al digital
  • Los activos como cosas físicas en el mundo real.

El mover y administrar todos estos bits y bytes mientras garantiza que queden inalterados durante todo el trayecto requiere un enfoque completo de seguridad por diseño, razón por la que los estándares IEC 62443 (ciberseguridad) se convertirán sin duda en piedra angular de cualquier implementación de IIoT.

Quizás resulte difícil para un ingeniero en automatización pensar que la integración empresarial, considerada actualmente parte del ámbito de IT, sea un componente a su alcance, pero una mayor integración es mucho más que integración de datos, ya que también se refiere a la integración de especialistas en gestión de datos en tiempo real y expertos en conocimiento.

 

Preparado por Ian Verhappen, gerente de proyectos de automatización en CIMA+.

Muchas conversaciones acerca de manufactura se convierten rápidamente en preguntas sobre el futuro. ¿La automatización y los robots se harán cargo de todo? ¿Cómo podremos sostener el crecimiento en un mercado global que cambia muy rápidamente? ¿Estamos mejorando e invirtiendo lo suficiente como para mantenemos delante de la competencia? ¿Deberíamos estar pensando en IIoT? ¿Qué pasa con Industria 4.0? ¿Se debe prestar atención a estos temas si no usamos muchos componentes eléctricos? Pues bien, si uno desea que su negocio siga siendo viable en esta próxima revolución industrial, es imprescindible conocer y comenzar a invertir en aplicaciones de IIoT e Industria 4.0, aun cuando se trate de una empresa ‘sólo mecánica’.

IIoT se refiere simplemente a la conexión de dispositivos en el piso de planta, facilitando el desarrollo de sistemas ciberfísicos y la comunicación entre dispositivos, lo que se traduce en nuevas formas de generar y recolectar datos interesantes en todo el espacio industrial.

IIoT se encarga de seleccionar dispositivos que ofrecen visibilidad hasta los puntos más bajos del piso de producción, lo que brinda visibilidad dentro de la máquina y habilita el mantenimiento predictivo y la analítica de Big Data.

Básicamente, IIoT tiene que ver con la conexión de dispositivos. Pero, en definitiva, al conectar más dispositivos juntos, mejora el desempeño general de los equipos y aporta nuevos conocimientos acerca de la empresa.

Industria 4.0 afecta nuestros procesos y toda la cadena de suministro. Es una mezcla de digitalización, nueva tecnología y decisiones prácticas destinadas a cambiar drásticamente la forma en que fabricamos productos gracias a una flexibilidad sin precedentes, una producción eficiente y visibilidad en todos los niveles de producción.

 

¿Cuál es la diferencia entre IIoT e Industria 4.0?

 

Es importante que todo el mundo de manufactura pueda asumir ahora este desafío. Por ejemplo, las unidades de potencia hidráulica (HPUs por sus siglas en inglés) gozan ahora de gran aceptación por su conexión con IIoT. Los switches on-off de presión o caudal tradicionales están siendo actualizados a dispositivos inteligentes que ofrecen información por encima y más allá de lo que se consigue con switches simples.

Incluso los dispositivos analógicos tradicionales, tales como transductores de temperatura, presión, caudal y nivel, pueden estar listos para IIoT gracias a tecnologías estándar abiertas como IO-Link. Estas tecnologías eliminan los inconvenientes que se derivan de la integración de una tecnología analógica y suman un valor adicional al incorporar parámetros, diagnósticos, eventos y advertencias fáciles de reportar.

Una HPU estándar puede convertirse en una unidad de potencia inteligente con una modificación mínima y aportar un valor considerablemente mayor en base a mantenimiento predictivo, monitoreo remoto y facilidad de resolución de problemas. Con tecnologías listas para IIoT, es posible conectarse con los dispositivos y saber exactamente qué es necesario reparar y, tal vez, predecir una falla antes de que ocurra, lo que permite reducir drásticamente no sólo las paradas de máquina, sino también el tiempo que se está en lugares peligrosos.

Seleccionar tecnologías listas para IIoT es tan sólo un primer paso del programa para aprovechar al máximo el valor de Industria 4.0. También es importante analizar procesos, determinar cómo se puede implementar flexibilidad en la producción y discutir dónde tiene sentido utilizar tecnología de automatización para soportar procesos lean. Los fabricantes de hoy en día pueden visualizar cada aspecto de su producción en múltiples sitios, fabricar de manera flexible cientos de variantes de producto en la misma línea de producción y garantizar estándares de calidad con prácticamente cero paradas de máquina.

Industria 4.0 es una filosofía cultural acerca de cómo utilizar los mayores niveles de visibilidad, flexibilidad y eficiencia a través de la producción para ser más competitivos. Por su parte, IIoT es un factor que habilita Industria 4.0: conectar dispositivos, datos, máquinas y gente en pos de beneficiar empresa y clientes. Al abarcar a ambos, es más fácil lograr resultados positivos y sostener una competitividad global.

 

Preparado en base a una presentación de Will Healy III, director de Balluff Inc., con el asesoramiento del Ing. Marcelo Petrelli.

Cinco pasos clave para implementar una estrategia exitosa de transformación digital

Industrial Internet of Things (IIoT) ha dejado de ser una promesa y se encamina sólidamente hacia una mejora generalizada del negocio en las industrias de petróleo y gas, refinación, petroquímica, biociencias, alimentos y bebidas y otras.

Como pionero en el desarrollo de tecnologías digitales y servicios de ingeniería para el sector de manufactura, Emerson ha ido ampliando su cartera de IIoT, denominada Plantweb Digital Ecosystem, para incluir, además de una extensa red de sensores y herramientas de ciberseguridad, aplicaciones de software, analítica de datos y servicios relacionados con IIoT destinados a mejorar los niveles de confiabilidad, uso de energía, seguridad y operaciones en general.

Después de décadas de contribuir a la implementación de estrategias digitales en algunas de las instalaciones industriales más grandes y complejas del mundo, Emerson considera que una estrategia de transformación digital debe comenzar con la identificación de las áreas clave que necesitan mejoras, desde aumentar las eficiencias de producción hasta reducir costos de mantenimiento, evitar paradas no planificadas o reducir costos de energía. De esta forma, las empresas podrán enfocarse en determinadas oportunidades e implementar estrategias de transformación digital de una manera escalable, con objetivos definidos y mensurables, para llegar a lo que se conoce como una empresa del Top Quartile.

Mientras IIoT suele estar enfocada en tecnologías, Emerson ha encontrado que las empresas muchas veces pasan por alto las personas y el cambio de cultura necesario para soportar esta transformación digital. La estricta adhesión a los legados culturales y a "las maneras en que siempre se han hecho las cosas" es todo un desafío y puede detener la innovación si no se lo aborda correctamente.

Dentro de este contexto, Emerson ha identificado cinco aspectos críticos que llevan a una transformación digital exitosa: flujos de trabajo automatizados, movilidad, soporte de decisiones, gestión de cambios y capacitación del personal.

Al respecto, Operational Certainty Consulting Group recomienda a las empresas introducir nuevos procesos, identificar flujos de trabajo que pueden ser automatizados, liberando así a las personas para que puedan enfocarse en tareas más valiosas, e implementar tecnologías que colocan la información correcta en las manos adecuadas en el momento justo. En algunos casos, gracias a IIoT, estos datos pueden ser tercerizados a expertos externos que se encargan del análisis y recomendar acciones en pos de mejorar la performance operativa.

La industria está en un punto crítico de inflexión: las mejoras operativas centradas en la eficiencia han alcanzado un punto de retornos decrecientes mientras se le pide al personal lograr más con menos que antes. En la era que se viene, las empresas industriales que adopten la transformación digital podrán acelerar, institucionalizar y sostener prácticas de alta performance que seguramente tendrán un impacto decisivo en los resultados finales de su actividad.

IIoT es muy conocido por su gran potencial para optimizar operaciones y mejorar la rentabilidad, pero son muchas las empresas que tienen problemas a la hora de desarrollar planes de negocios para IIoT y otras iniciativas de digitalización.

Una reciente encuesta entre ejecutivos de la industria de procesos encontró que el 60% de los encuestados estaban explorando o invirtiendo en proyectos piloto de IIoT, pero sólo el 5% estaba invirtiendo en la mejor implementación de la tecnología.

Esta situación se ve amplificada por el hecho de que los proyectos de IIoT no suelen tener un claro ‘dueño’ funcional dentro del negocio. Entre los encuestados, el 28% citó operaciones como líder de IIoT en sus organizaciones, seguido por informática e ingeniería con un 24% cada uno.

El amplio potencial de IIoT impacta. No sorprende entonces que muchos negocios estén tratando de adoptarlo. ¿Dónde empezar? ¿Quién está a cargo?

Al respecto, si bien las necesidades y objetivos de cada industria son únicos, se ha podido establecer un camino consistente en pos de este objetivo siguiendo cinco pasos clave:

  1. Enfocarse primero en las oportunidades de negocio, no en la tecnología - IIoT es un medio para un fin, no una solución en sí misma. Antes que nada, los planes de negocio exitosos requieren líderes que determinen claramente qué se necesita para aportar valor al negocio y no tanto los aspectos tecnológicos. Por ejemplo, menos paradas de la instalación, un menor gasto de mantenimiento o una mayor eficiencia energética.
  2. Conformar un equipo integrado - Ya sea que IT u operaciones e ingeniería lideren una iniciativa, es poco probable que un plan de negocio sea exitoso sin integrar IT-OT (Operational Technology). Cada organización debe aportar su perspectiva valiosa a la hora de desarrollar, ejecutar y medir un plan de negocio comparado con los objetivos de negocio. El personal de IT quizás pueda llegar a conocer la tecnología, pero es el personal de OT quien sabe cómo se debe aplicar y cuáles serán los resultados del negocio.
  3. Comenzar en pequeño - IIoT es adecuado para aplicaciones piloto en pequeña escala, tales como monitoreo de la salud de equipos o del consumo de energía en una instalación. Estos proyectos iniciales de menor tamaño abordan necesidades claras de negocio de una manera mensurable, a la vez que brindan la oportunidad de evaluar aplicaciones e implementaciones más amplias a medida que se adquiere experiencia. Con demasiada frecuencia, la tentación es comenzar invirtiendo en una infraestructura tecnológica a gran escala antes de establecer los mejores casos de uso y sus requerimientos.
  4. Transformar digitalmente tanto a los empleados como a los procesos - Los mayores beneficios de IIoT se logran cuando se amplían las habilidades de los trabajadores y se actualizan los procesos de trabajo para aprovechar la nueva tecnología. A la inversa, la simple adquisición de nuevas tecnologías pero reteniendo prácticas laborales desactualizadas retrasan la concreción de los beneficios. A medida que las operaciones se tornan más dependientes de las tecnologías digitales avanzadas, es importante capacitar activamente la fuerza de trabajo, lo cual se considera una inversión inteligente a largo plazo.
  5. Elegir proveedores adecuados – IIoT es un espacio en rápida evolución y no muchas empresas tienen suficiente experticia interna. Los proveedores tienen la ventaja de contar con personal especializado en IIoT y con una visión más amplia de toda la industria. En consecuencia, los proveedores deben cubrir tanto IT como OT y comprender la manera de aprovechar al máximo la infraestructura existente. Definir el negocio, elaborar una hoja de ruta, colaborar en implementación y seguridad, entregar aplicaciones en la nube e incluso proponer soluciones llave en mano basadas en resultados son algunas de las áreas donde los proveedores pueden aportar lo suyo.

Con estas consideraciones en mente, los negocios estarán bien posicionados para obtener importantes retornos de sus inversiones en IIoT. Y con planes estratégicos de negocio que guiarán estas inversiones, también se logrará experiencia y experticia en pos de una adopción más amplia de IIoT y otras tecnologías digitales avanzadas destinadas a lograr mejoras operacionales.

 

Preparado en base a presentaciones y charlas con Peter Zornio, Chief Technology Officer, Emerson Automation Solutions.

Lo anunciaron durante la reciente feria ACHEMA en Frankfurt, Alemania. El objetivo es integrar los instrumentos de campo de Endress+Hauser como gemelos digitales en la plataforma de nube de SAP.

La idea es integrar datos maestros y de sensores, además de valores de medición, en el negocio, logística y procesos de producción del cliente y desarrollar nuevos servicios digitales enfocados en mantenimiento predictivo y calidad predictiva. La base de este enfoque es el concepto de plataforma abierta.

"A la hora de hablar de digitalización, el éxito será de las empresas capaces de vincular sus sistemas directamente con los procesos de negocio, abriendo por completo y de manera confiable o eludiendo la clásica pirámide de automatización", explicó Matthias Altendorf, CEO de Endress+Hauser Group. "Nosotros y SAP compartimos una visión común de implementación de esta estrategia en beneficio de nuestros clientes".

El rol de Endress+Hauser en este acuerdo implica ofrecer ese conocimiento de instrumentación de campo tan crítico para los operadores de planta en forma de servicios digitales, que se serán implementados integrando los servicios existentes de IIoT de Endress+Hauser y la plataforma SAP utilizando un método estandarizado. Desde su comienzo y la actualización automática de un gemelo digital durante todo el ciclo de vida del producto, hasta la conectividad completa desde sensores a la plataforma SAP IT, Endress+Hauser está en condiciones de soportar la estrategia de digitalización de toda su base de clientes.

Utilizando tecnologías SAP Leonardo, tales como Machine Learning, Analytics y Blockchain, es posible habilitar servicios inteligentes de manera flexible para el entorno de producción. Las innovaciones en el área de mantenimiento y optimización ayudarán a los clientes a alcanzar sus objetivos de reducir costos operativos y aumentar la productividad.

Una de las claves para que Industrie 4.0 y las fábricas inteligentes se hagan realidad es la comunicación bidireccional entre sensores de bajo nivel y actuadores, por un lado, y controladores de mayor nivel, sistemas de automatización y sistemas MES, por el otro. Y esto es justamente lo que hace IO-Link…

Los dispositivos habilitados por IO-Link no sólo transmiten datos de máquina a los sistemas de gestión de negocio, sino que también permiten que un sistema de control pueda cargar datos de parámetros en el dispositivo, el cual, a su vez, puede enviar de vuelta información de estado al controlador. De esta forma, los dispositivos IO-Link facilitan el comisionamiento y la puesta en marcha de máquinas, pueden realizar ajustes mientras funciona una máquina y ofrecen capacidades de monitoreo y diagnóstico. El resultado final es una mayor flexibilidad en máquinas y procesos, un aumento de la productividad y menos paradas.

 

¿Qué es IO-Link?

IO-Link es la primera tecnología de E/S en ser adoptada como estándar internacional (IEC 61131-9). Es un protocolo de comunicación serie abierto que permite el intercambio bidireccional de datos desde sensores y otros dispositivos que soportan IO-Link y están conectados a un maestro. El maestro IO-Link puede transmitir estos datos sobre distintas redes, fieldbuses o buses de backplane, facilitando el acceso a los datos para tomar una acción inmediata o para un análisis a largo plazo mediante un sistema de información industrial (PLC, HMI, etc.). 

Cada sensor IO-Link tiene un archivo IODD (IO Device Description) que describe el dispositivo y sus capacidades de IO-Link.

Cabe señalar que IO-Link no es otro fieldbus, sino un protocolo de comunicación punto a punto entre un sistema IO compatible y un dispositivo de campo. Puesto que IO-Link es un estándar abierto, los dispositivos pueden ser integrados prácticamente en cualquier fieldbus o sistema de automatización.

Tradicionalmente, integrar una interface de fieldbus hasta un dispositivo ubicado en el nivel más bajo de campo resultaba costoso. IO-Link es un sistema sencillo y económico que transmite datos binarios, analógicos, de parametrización y de diagnóstico a través de un cable de tres hilos sin blindaje.

Un sistema IO-Link básico consiste de un maestro; dispositivos como sensores, actuadores, arrancadores de motor y lectores RFID; cables de hasta 20 metros de largo (normalmente con conectores M12 instalados en fábrica); y herramientas de software de configuración. 

El maestro IO-Link se comunica con los dispositivos IO-Link, recolecta allí los datos y los transmite a un sistema de bus de mayor nivel. El protocolo de comunicación IO-Link no incluye definición alguna en cuanto a este protocolo de mayor nivel.

El master IO-Link puede tener varios canales, uno para cada dispositivo conectado, y puede ser integrado dentro de un PLC o controlador para servir como gateway a distintos fieldbuses, tales como DeviceNet, PROFI­NET y EtherNet/IP. En consecuencia, se lo puede utilizar como conexión entre dispositivos individuales y el sistema de automatización de planta.

 

Pirámide de automatización.

 

Ventajas de IO-Link Menos cableado y estandarizado

Un beneficio importante de IO-Link en muchas industrias es que no requiere un cableado especial o complicado. Por el contrario, los dispositivos IO-Link pueden ser conectados utilizando los mismos cables de tres hilos sin blindaje estándar de las E/Ss discretas convencionales, lo que simplifica el cableado y reduce la variedad de cables que requieren los sensores, ahorrando en costos de inventario. 

IO-Link también soporta una configuración maestro-esclavo con puntos de conexión pasivos, lo que recorta aún más los requerimientos de cableado.

 

Mayor disponibilidad de datos

La disponibilidad de datos es una potente ventaja de IO-Link con un gran número de consecuencias. El acceso a datos a nivel de sensor garantiza una operación óptima de los componentes del sistema, simplifica el reemplazo de dispositivos y habilita la implementación de programas optimizados de mantenimiento de máquinas, todo lo cual ahorra costos y reduce el riesgo de una parada de máquina.

Hay tres tipos principales de datos disponibles a través de una comunicación IO-Link, que se pueden clasificar como datos cíclicos (datos automáticamente transmitidos en forma regular) o datos acíclicos (datos transmitidos según necesidad o a pedido):

  • Datos de proceso – Se refieren a la información que el dispositivo lee y transmite al maestro, por ejemplo la lectura de distancia en un sensor de medición láser. Los datos de proceso también pueden referirse a la información transmitida al dispositivo desde el maestro, por ejemplo mensajes enviados a una columna luminosa indicando qué segmentos de color deben iluminarse. Los datos de proceso son transmitidos en forma cíclica dentro de un marco definido de datos. Junto con los datos de proceso, también se transmiten datos del estado del valor, o sea indicaciones acerca de la validez o no de los datos de proceso.
  • Datos de servicio – También denominados datos de dispositivos, se refieren a la información acerca del propio sensor, por ejemplo valores de parámetros, números de modelo y serie, descripciones de dispositivos, etc. Los datos de servicio puede ser escritos al dispositivo o leídos desde el dispositivo en forma acíclica.
  • Datos de eventos – Se refieren a notificaciones, tales como mensajes de error o alertas de mantenimiento, por ejemplo por sobrecalentamiento de un dispositivo o lentes sucios, que son transmitidos en forma acíclica desde el dispositivo IO-Link al maestro siempre que ocurra un evento.
  • Esta abundancia de datos valiosos que se consigue con IO-Link es integral para Industrie 4.0 e IIoT. 

 

IO-Link es un sistema sencillo y económico que transmite datos binarios, analógicos, de parametrización y de diagnóstico a través de un cable de tres hilos sin blindaje.

 

Detección y parametrización automáticas de un dispositivo IO-Link 

Durante la puesta en marcha inicial, los parámetros operativos de un dispositivo se encuentran guardados en el maestro. Una vez conectado, el maestro reconoce el dispositivo y habilita su puesta en marcha automática. Si un dispositivo, por ejemplo un sensor, falla, puede ser cambiado y los datos de parametrización guardados en el maestro descargados automáticamente en el dispositivo de reemplazo.

 

Diagnósticos extendidos

IO-Link permite a los usuarios ver los errores y estado de salud de cada dispositivo, o sea ver no sólo lo qué está haciendo el sensor sino cuán bien lo hace, algo crítico a la hora de conocer la eficiencia de una máquina. Además, los diagnósticos extendidos permiten a los usuarios identificar fácilmente cuando un sensor está mal funcionando y diagnosticar el problema sin detener la línea o la máquina.

 

Funciones remotas de configuración y monitoreo 

Con IO-Link, los usuarios podrán leer y cambiar parámetros de dispositivos utilizando el software del sistema de control, lo que se traduce en una rápida configuración y comisionamiento que ahorra tiempo y recursos. Gracias a IO-Link, los operadores podrán modificar dinámicamente los parámetros de los sensores desde el sistema de control según necesidad, por ejemplo en el caso de un cambio de producto, lo que reduce paradas y permite que las máquinas acepten una mayor diversidad de productos. Esto resulta especialmente importante en aplicaciones con paquetes donde la exigencia de variar el empaque es cada vez más frecuente. 

Asimismo, la posibilidad de monitorear salidas de sensores, recibir alertas de estado en tiempo real y ajustar desde prácticamente cualquier lugar permite a los usuarios identificar y resolver al instante los problemas que surgen a nivel de sensor. Esto también significa que los usuarios podrán tomar decisiones en base a datos en tiempo real desde los propios componentes de máquina, lo que recorta paradas costosas y mejora las eficiencias.

 

Datos en tiempo real e históricos

La combinación de datos en tiempo real e históricos que se consigue con un sistema IO-Link, además de simplificar la resolución de problemas cuando surge un inconveniente, también facilita la optimización de los programas de mantenimiento de máquinas, ahorrando costos y aumentando la eficiencia a largo plazo.

 

Cambios sobre la marcha 

Los parámetros de los dispositivos instalados pueden ser ajustados rápidamente mientras la máquina está funcionando. Por ejemplo, piense en un regulador de presión que controla la fuerza que un cilindro neumático aplica a un producto. Si el siguiente producto requiere una fuerza diferente, los usuarios podrán reconfigurar los setpoints de presión del regulador sobre la marcha y no interrumpir la producción. Esto difiere sustancialmente del proceso convencional bastante lento donde un operador de máquina resetea pulsadores o tornillos de ajuste. La capacidad del controlador de cambiar de manera rápida y remota los ajustes de los dispositivos es una característica clave de IIoT, ya que minimiza el tiempo de transición de un tipo de operación a otra y le brinda a la máquina una mayor flexibilidad para manejar una gama más amplia de productos y lotes de producción, llegando a fabricar una sola pieza de algún producto (Lote 1).

 

IO-Link ahorra tiempo, optimiza espacio y recorta costos.

 

Reemplazo sencillo de dispositivos

Además de la posibilidad de ajustar remotamente el sensor, la capacidad de almacenamiento de datos de IO-Link también permite una reasignación automática de parámetros en caso de reemplazo de dispositivos; esta funcionalidad se conoce también como ADR (Auto-Device Replacement). De esta forma, los usuarios podrán importar valores de parámetros de los sensores existentes en el sensor de reemplazo para simplificar el reemplazo, con lo que el nuevo dispositivo estará operando lo más rápidamente posible.

 

Menores costos de repuestos

Gracias a las capacidades de configuración de IO-Link, un dispositivo puede ser configurado para ofrecer distintas funciones de salida. 

  

Conclusión

Todas estas ventajas, que se suman a la independencia de proveedor e interoperabilidad, hacen que IO-Link sea una herramienta importante a la hora de implementar Industrie 4.0 e IIoT.

 

Preparado en base a material suministrado por Turck. Representante en la Argentina: Aumecon S.A.

Entre las nuevas tendencias y tecnologías para máquinas y procesos, con frecuencia se menciona el concepto de TSN (Time Sensitive Networking). Por ser una tecnología relativamente nueva, muchos se preguntarán ‘¿Qué es?’ y ‘¿Tiene algo que ver con mi empresa?’.

 

TSN y el futuro de las redes Ethernet industrial

Como quizás ya lo sepa, esta nueva tecnología transforma Ethernet estándar en una tecnología de comunicaciones que garantiza temporización en aplicaciones de misión crítica. Con esto se podrá lograr un nivel completamente nuevo de determinismo en redes Ethernet IEEE 802.1 e IEEE 802.3.

Muchas aplicaciones de automatización industrial de hoy en día, por ejemplo control de movimiento en fabricación discreta, establecen requerimientos estrictos de retardo para garantizar que las transmisiones de datos en tiempo real puedan soportar  las demandas de diversas aplicaciones. Para cumplir con estos requerimientos, muchas soluciones actuales de control de automatización recurren a Ethernet convencional. Sin embargo, para la comunicación en tiempo real, desafortunadamente incorporan mecanismos técnicos adicionales, tales como mejoras de protocolo, que son incompatibles entre sí.

El resultado es un mercado de soluciones Ethernet en tiempo real severamente fragmentado, que simplemente no admite futuros desarrollos. Algunos de estos desarrollos se refieren a un mayor ancho de banda y también a una mayor transparencia de la información entre el nivel de campo y el nivel de empresa, tal como lo sugiere Industrie 4.0. Y es allí donde aparece en escena TSN, que responde a estos desarrollos y representa el siguiente paso en la evolución hacia una tecnología de comunicación industrial confiable y estandarizada.

 

La saga de TSN hacia el futuro de  la automatización
Las redes TSN pueden manejar las comunicaciones en forma determinística incluso si las comunicaciones se originan desde o están destinadas a dispositivos no determinísticos.

 

TSN y las redes IIoT del futuro

Durante algún tiempo (e incluso hoy en día), la automatización industrial ha estado en un período de transición. Todos estamos luchando por lograr instalaciones de producción más flexibles y dinámicas, mucho más de lo que es posible actualmente. 

Lo cierto es que esto se consigue sólo cuando la infraestructura de comunicaciones, para responder a todos estos requerimientos de IIoT, puede proporcionar dos servicios esenciales al mismo tiempo y en la misma red:

τ Comunicación estricta y confiable en tiempo real que facilite la implementación de aplicaciones exigentes (por ejemplo, control de movimiento) a gran escala, distribuidas de manera flexible a través de las redes de automatización en su totalidad.

τ Gran ancho de banda en las redes de automatización para aceptar la gran cantidad de sensores y datos de fondo que se requieren para implementar aplicaciones de IIoT, tales como mantenimiento predictivo y análisis de Big Data.

Ya que TSN responde a este planteo, su importancia crecerá en infraestructuras de comunicaciones a medida que se conecte un mayor número de dispositivos en el contexto de la revolución de Industrie 4.0 e IIoT y se diversifiquen aún más los requerimientos de comunicación.

 

La saga de TSN hacia el futuro de  la automatización
La familiar pirámide de automatización se está convirtiendo en una columna de automatización para reflejar mejor las ubicaciones cambiantes de los sistemas de control y poder compartir datos en todos los niveles en lugar de hacerlo secuencialmente de una capa a la otra.

 

Desde la Pirámide de Automatización a la Columna de Automatización

A raíz de los requerimientos que plantea IIoT, es muy posible que la familiar Pirámide de Automatización se transforme en una Columna de Automa­tización.

La Pirámide de Automatización separa redes y aplicaciones industriales complejas en niveles funcionales que se destacan por una fuerte  interacción horizontal. Dentro de cada capa de la pirámide, los dispositivos conectados en red interactúan entre sí y con las capas adyacentes. Sin embargo, era raro ver una comunicación directa a través de las múltiples capas del sistema de automatización completo; los sistemas basados en esta estructura eran estrictamente jerárquicos y no muy flexibles.

En cambio, la última tecnología permite que las redes se alejen del estricto modelo de pirámide, que ya no puede soportar estos requerimientos, e ingresen a un nuevo modelo, denominado Columna de Automatización, que es más abierto y flexible y puede soportar nuevos requerimientos, tales como una fuerte comunicación vertical y una red troncal industrial robustecida con un importante poder computacional.

¿Qué significa esto en las redes del futuro? Funciones de planificación de red, configuración y monitoreo más robustas, una comunicación tolerante a fallas y una mejor ciberseguridad, combinadas con TSN, que garantiza la transmisión de un tráfico de red de alta prioridad y bajo ancho de banda, y que permite, al mismo tiempo, la utilización plena del gran ancho de banda ofrecido por Ethernet para un tráfico de red con requerimientos de latencia débiles o inexistentes.

 

¿OPC UA TSN prevalecerá por sobre Ethernet industrial?

OPC UA es un protocolo de comunicación independiente del proveedor y diseñado para uso industrial. Time-Sensitive Networking (TSN) es un desarrollo de los estándares Ethernet IEEE. Juntos, apuntan a conformar el primer estándar de comunicación Ethernet de tiempo real determinístico realmente independiente del proveedor. Ante esta posibilidad,  muchos expertos en automatización se preguntan si OPC UA TSN podrá reemplazar las redes existentes de Ethernet industrial.

 

¿Un mejor Ethernet industrial?

Es el mercado quien, en definitiva, decidirá si OPC UA TSN podrá reemplazar el mercado existente de Ethernet industrial, lo cual plantea otro interrogante más: ¿Quiénes integran ese mercado y por qué habrán de pasar de Ethernet industrial a OPC UA TSN?

Los integrantes del mercado de automatización incluyen proveedores de equipos de automatización y accionamientos, fabricantes de máquinas para automatización de fábricas y proveedores de equipos para las industrias de procesos, además de los usuarios finales. 

Los proveedores de automatización que han desarrollado la gran variedad de buses de Ethernet industrial existentes hoy en día iniciaron sus desarrollos con un protocolo estándar. Pero a la hora de implementar aplicaciones de tiempo crítico, por ejemplo control de movimiento de alta velocidad usando servo accionamientos, tuvieron que recurrir a una solución más allá de Ethernet estándar introduciendo modificaciones de hardware en dispositivos de automatización y accionamientos para alcanzar el nivel necesario de confiabilidad y desempeño robusto en tiempo real. Además, esos proveedores solían seguir una estrategia propietaria, sumando un problema más a los fabricantes de máquinas, que tenían que responder a los diferentes requerimientos de sus usuarios finales.

Abordar la gran variedad de protocolos se convirtió en un problema real, incluso entre los distintos grupos de proveedores que soportan ciertos ‘estándares’, tales como PROFINET, EtherNet/IP, Sercos, Powerlink, EtherCAT y CC-Link IE.

Los proveedores de automatización suelen seguir las principales tendencias, de modo que es más que seguro que implementarán protocolos OPC UA TSN basados en Ethernet. Sin embargo, a causa de las enormes inversiones y la gran base instalada de Ethernet industrial, estos sistemas seguirán estando por muchos años más. 

Se espera que los proveedores de automatización que ofrecen aplicaciones con servo accionamientos rápidos testeen si OPC UA TSN está en condiciones de responder a los requerimientos de las aplicaciones actuales con servo accionamientos en tiempo real, lo que incluye seguridad, robustez, longitud máxima de cable y número de dispositivos conectables. Una vez testeado OPC UA TSN y sus características de seguridad aprobadas por las autoridades competentes, su implementación avanzará en paralelo con nuevos dispositivos, o sea un proceso incremental y evolutivo que seguirá el camino de la aceptación.

En cambio, los fabricantes de máquinas para automatización discreta y los proveedores de equipos de automatización de procesos se encuentran en posiciones algo diferentes respecto de OPC UA TSN.

 

Mercado de automatización discreta

Los fabricantes de máquinas apuntan normalmente a la funcionalidad de la máquina, por ejemplo tiempos rápidos de reacción. Si vemos la máquina de producción como una isla funcional y tenemos en cuenta la inexistencia actual de ofertas de automatización y accionamiento con OPC UA TSN, está claro que los fabricantes de máquinas no encuentran razón alguna para reemplazar sus actuales sistemas de Ethernet industrial.

En cambio, para cumplir con los requerimientos de comunicación de datos de Industrie 4.0/IIoT y enviar datos desde la máquina a una arquitectura informática aguas arriba, los fabricantes de máquinas incorporan nuevos sensores y extraen más datos de los controladores y accionamientos, además de entregar estos datos a la red informática vía un gateway o una computadora de borde. Esto podría conseguirse por medio de una interface OPC UA TSN incorporada en el PLC o una PC industrial. La posibilidad de usar un protocolo estándar para conseguir interoperabilidad ayudaría a bajar los costos de ingeniería.

 

Mercado de automatización de procesos

En comparación con el mercado de automatización discreta, el número de proveedores de sistemas de control distribuido y de sensores y actuadores para automatización de procesos es mucho menor. Las industrias, tanto de procesos como de manufactura discreta, necesitan un desempeño en tiempo real, pero ‘tiempo real’ en estas industrias tiene diferentes significados, con requerimientos más exigentes de desempeño en el control discreto de máquinas.

En las industrias de procesos, aun cuando los requerimientos de desempeño no sean tan exigentes, se necesita una disponibilidad 24/7 y un gran ancho de banda para operar todo el tiempo sin paradas y para recolectar y analizar las grandes cantidades de datos de proceso. Teniendo en cuenta que las industrias de procesos nunca tuvieron realmente una solución de fieldbus de proceso con un ancho de banda adecuado, el paquete técnico que ofrece OPC UA TSN sobre Ethernet debería resultarles sumamente atractivo, aunque es probable que muchos tarden en adoptarlo.

 

Usuarios finales

Los usuarios finales serán quienes más se beneficiarían de un protocolo Ethernet común basado en estándares. Lo cierto es que la extrema variedad de fieldbuses industriales de hoy en día implica una red de comunicación personalizada y costosa a la hora de recolectar y transferir datos a equipos informáticos aguas arriba. Agrergando OPC UA TSN como puente entre las islas de fieldbus, los usuarios podrán implementar instalaciones interoperables a un costo más que razonable.

 

No es la única apuesta

OPC UA TSN no es la única tecnología que amenaza desplazar los protocolos existentes de Ethernet industrial. El estándar DDS (Data Distribution Stan­dard) de Object Management Group (OMG), también mejorado con TSN, es ampliamente utilizado en defensa e infraestructura energética, y se extiende ahora a robótica y fabricación de máquinas.

La colaboración entre OPC Founda­tion, FieldComm Group y OMG apunta a establecer interoperabilidad entre DDS y OPC UA. Los proveedores de automatización de todo el mundo verán con buenos ojos la posibilidad de ofrecer ambos estándares de comunicación en el futuro, sea como dos protocolos diferentes o como un solo paquete de software de comunicación si la interoperabilidad OMG-OPC se traduce en una solución fácil y consistente que pueda ser configurada para ser compatible con DDS u OPC.

 

La saga de TSN hacia el futuro de  la automatización

 

TSN integrado en PROFINET

Cada vez tiene más fuerza una nueva tecnología IEEE para Ethernet que combina el ancho de banda de las redes de IT (Information Technology) con la latencia de las redes de OT (Operational Technology). Estamos hablando de TSN (Time-Sensitive Net­wor­king), que consiste de un toolkit de mecanismos estandarizados que se pueden usar en redes basadas en Ethernet. 

Al respecto, el grupo de trabajo PI (PROFIBUS & PROFINET Interna­tional) ‘Industrie 4.0’ ha elaborado un conjunto de requerimientos y objetivos para el uso futuro de TSN en PROFINET. El trabajo apunta a facilitar a los usuarios de PROFINET la utilización de la nueva tecnología en sus dispositivos o sistemas mientras aprovechan el conocimiento existente. Además, servicios como diagnóstico, parametrización, etc. deberán ser idénticos a los de este momento. Por su parte, la ingeniería, o sea la configuración de la red, deberá realizarse de manera similar a cómo se hace hoy en día. De esta forma, PI logrará una fácil transición al nuevo paisaje de Ethernet y podrá asegurar una amplia aceptación entre usuarios.

 PI recurre a la tecnología estándar de Ethernet para disponer de una amplia selección de chips Ethernet para la implementación de la interface PROFINET en dispositivos y también beneficiarse de futuros desarrollos de la tecnología IEEE, tales como anchos de banda en el orden del gigabit. 

Además, con TSN, es posible implementar redes sincrónicas en aplicaciones isocrónicas. Anteriormente, las redes tenían que configurarse por separado e integrarse en chips dedicados en los dispositivos. Esta es la única forma de garantizar que PROFINET permanezca a prueba del futuro y, al mismo tiempo, simplificar los ajustes.

Además de una arquitectura tipo pila, que es fácil de integrar y escalar, otro objetivo crucial para el uso de la tecnología es un alto grado de determinismo y robustez de un tráfico basado en IP que no es capaz de funcionar en tiempo real. La confiabilidad aumenta, ya que TSN permite reservar ancho de banda en la red para tareas individuales de modo que no puedan ser interrumpidas por otro tráfico. Esto es especialmente importante teniendo en cuenta que en las redes de Industrie 4.0 se usará una gran variedad de protocolos uno al lado del otro. De esta forma, PI incorpora comunicación paralela vía OPC UA entre estaciones a nivel de sistema o desde dispositivos a nivel de campo hasta la nube ya desde el comienzo.

Con la introducción de TSN, se simplifica la ingeniería de la red en sistemas más complejos, hasta lograr redes tipo ‘plug-and-work’ que permitan la reconfiguración durante operación. Además, los mecanismos de TSN disponibles con el protocolo en tiempo real ofrecen opciones que PI ha buscado desde siempre.

Según Karsten Schneider, presidente de PI, "PI amplia PROFINET con los mecanismos de TSN en la capa 2, conservando la capa de aplicación en los niveles superiores. Esto permite migrar aplicaciones a la nueva tecnología de manera sencilla e incremental y aprovecha las ventajas de una tecnología IT abierta y estandarizada".

 

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

Hacer realidad el potencial de IIoT (Industrial Internet of Things) depende principalmente de cómo las empresas podrán gestionar y, en definitiva, controlar las complejas interfaces entre los activos industriales conectados, que es justamente el campo de acción del ingeniero de control. 

Su tradicional acervo de aptitudes se está ampliando y ahora se ve respaldado por nuevas herramientas, tales como controladores de automatización de proceso (PACs) listos para IIoT. Estos hacen crecer la funcionalidad de un PLC tradicional, incorporando los niveles de capacidad de procesamiento, conectividad y ciberseguridad necesarios para cumplir con los desafíos que plantea el control de borde, con lo cual los ingenieros de control se convierten en decisores de negocio en tiempo real, lo que equivale a muchos dinero en cuanto a rentabilidad operacional.

 

 

Acerca de IIoT

Aun cuando el concepto de IIoT sea todavía relativamente nuevo, la interconectividad por doquier ya se está convirtiendo en una realidad. Tener tantos más elementos en juego significa más activos y variables para controlar, además de exponencialmente más oportunidades para aumentar el valor de la producción y reducir gastos operativos, en especial materia prima, energía y costos de ciberseguridad. 

Esencialmente, se trata de un problema de control. Por lo tanto, ¿quién mejor para rescate que el ingeniero de control?

Tradicionalmente, los ingenieros de proceso y los ingenieros químicos operaban a nivel de proceso, aplicando control PID y software avanzado de optimización para resolver procesos con múltiples activos. Pero a medida que la dinámica de la industria se vuelve más acelerada, más compleja y de mayor escala, resolver problemas a nivel de proceso se torna cada vez más complicado. Además, la complejidad de una estrategia de control de proceso crece exponencialmente con el número de E/Ss.

 

Controlar procesos dentro de los activos

En definitiva, para los ingenieros de proceso, hay una sola forma de abordar esta creciente complejidad: No controlar todo el proceso, sino tan sólo el activo. Pero esto implica un cambio fundamental a la hora de gestionar los activos.

Los programadores informáticos (IT) alguna vez enfrentaron problemas similares a la hora de integrar la información de negocio de toda la empresa. La solución: Análisis estructurado, o sea descomponer la complejidad en un cierto número de pequeñas entidades funcionales, resolver cada entidad y luego combinar todo en una solución general.

En la industria, las entidades funcionales equivalentes son los activos operativos (equipos, unidades, áreas, plantas y empresas). Se comienza elaborando una estrategia exhaustiva para cada activo (bomba, motor, compresor, evaporador, etc.). Esto es relativamente sencillo gracias al pequeño número de E/Ss asociadas con cada activo.

Una vez controlado de manera autónoma cada activo, pasar al nivel de unidad es un tema incremental de control y comunicaciones, no un tema de proceso. Las estrategias de control para cada activo ya están disponibles. Allí donde alguna vez hablábamos de control de proceso y control de manufactura de manera separada, la próxima generación en este avance industrial tendrá como característica el control de activos en tiempo real.

Para los ingenieros de manufactura, IIoT plantea un desafío diferente. Ellos siempre se han centrado en los activos, aplicando una lógica escalera con PLC para resolver los algoritmos de control activo por activo, controlando de esta forma bombas, motores, compresores, evaporadores, etc. Pero ahora, se espera que estos activos hagan más y abarquen un mayor espectro de tareas.

El desafío crítico es controlarlos dentro del contexto de cómo se están desempeñando los demás activos y variables, lo que significa balancear riesgo de seguridad/ambiental, confiabilidad, eficiencia y rentabilidad.

 

Las herramientas más adecuadas

Los ingenieros de proceso y de manufactura están presionados para conseguir rápidos retornos de las inversiones en IIoT. Para responder a estas presiones, deberán pensar seriamente en la posibilidad de modernizar las tecnologías que controlan sus líneas de procesamiento, en especial las más críticas para el éxito del negocio. En las industrias híbridas, que combinan operaciones continuas, en lotes y discretas, la necesidad es aún más apremiante.

Dentro de este contexto, los ingenieros de control disponen de muchas herramientas de automatización, incluyendo PLCs, PACs y DCSs. En todos, la funcionalidad de control es similar, pero cada uno tiene sus virtudes, por lo que es importante usar la herramienta más adecuada para la correspondiente tarea. 

Sea un ingeniero de control de proceso que recurre a un método centrado en activos o un ingeniero de control de manufactura que busca optimizar los desafíos que plantea un mundo con IIoT por doquier, es muy posible que necesiten un PAC más rápido, mejor conectado y más confiable, o sea un PAC específicamente preparado para IIoT. Y para cumplir con las expectativas de la gerencia de mayor agilidad para adaptarse a la dinámica del mercado y mejorar la disponibilidad del producto, hay una creciente necesidad de contar con un PAC más poderoso, más integrado y más seguro.

Un PAC a prueba del futuro debería tener al menos las siguientes características:

  • Una CPU de alta performance, una mayor memoria incorporada y tiempos de barrido más rápidos para poder manejar un procesamiento complejo y comprimir pasos en operaciones industriales;
  • Conectividad Ethernet para poner la información de producción a disposición de otras aplicaciones en tiempo real;
  • Protección de ciberseguridad incorporada para poder usar una computación abierta y minimizar el riesgo de un ciberataque.

Tales sistemas darán el mejor resultado cuando se los implementa dentro de un entorno de ingeniería flexible, abierto y basado en objetos. Además, para aprovechar al máximo las nuevas características con un mínimo riesgo y costo, es clave implementar un rápido camino de migración. 

Con los años, la tecnología de controladores ha ido avanzando fuertemente en esta dirección. Los PACs son implementados cada vez más con bibliotecas de aplicaciones preprogramadas y entornos de ingeniería abiertos, avanzados y orientados a objetos, con lo que los PACs han logrado aceptación en el mercado, principalmente como alternativa a DCSs no tan sofisticados.

En los últimos años, los PACs siguieron evolucionando. Por ejemplo, Modicon M580 ePAC de Schneider Electric viene con comunicaciones Ethernet y una protección actualizada de ciberseguridad. Llámelos PLCs avanzados, PACs listos para IIoT o ePACs, estos modernos controladores con las características mencionadas permiten controlar los riesgos más importantes, trátese de una operación de proceso, en lotes o híbrida. Esto ya es una realidad irrefutable…

 

Lograr valor de negocio

Los controladores modernos de proceso ya están demostrando que pueden promover importantes aumentos en el valor de negocio a medida que la industria se transforma, mejorando la rentabilidad de las operaciones y la seguridad, lo cual incide directamente en los resultados finales de la organización. Los beneficios incluyen:

  • Aumentar la productividad;
  • Mejorar la visibilidad operacional;
  • Lograr una gestión eficiente de energía;
  • Acelerar el tiempo de llegada al mercado;
  • Reforzar la ciberseguridad.

El mayor valor de negocio que se deriva a partir de esta nueva generación de controladores justifica fácilmente una actualización, incluso en estos tiempos de fuerte presión sobre los costos de capital. Con los modelos adecuados, las empresas involucradas en proyectos de modernización con automatización podrán ver retornos del 100% de su inversión en controladores incluso en sólo tres meses.

 

Mayor productividad

IIoT hace crecer las expectativas del usuario para todo, desde una entrega más rápida y más personalización hasta una mayor calidad. Todo a menores precios.

Sorprende cuánta ayuda puede significar incluso actualizaciones de automatización  relativamente modestas a la hora de satisfacer estas demandas. Por ejemplo, introducir mejoras importantes en la producción implica normalmente eliminar pasos en el proceso de manufactura, lo cual podía requerir un rediseño completo del proceso. Pero ahora, recientes desarrollos en la tecnología de controladores aceleran estos pasos. 

Con tiempos de barrido considerablemente más rápidos (6 milisegundos por barrido comparado con 30 ms en anteriores controladores), un ePAC puede terminar cada paso en menos tiempo, lo que se traduce en 969 ciclos por turno versus 960 con el modelo anterior. Suponiendo turnos de ocho horas, cinco días a la semana y 50 semanas al año, el nuevo controlador podría ayudar a producir nueve productos adicionales por turno, o sea 2.250 más productos por año. 

En definitiva: En aplicaciones industriales discretas, un proyecto de automatización que incorpore PACs listos para IIoT podrá acelerar considerablemente los tiempos en la línea de producción.

 

Acortar el tiempo de llegada

al mercado

Además de simplificar las operaciones de producción, estos controladores modernos ayudan a responder a los nuevos requerimientos y presiones del mercado.

Al acortar el tiempo de adaptación de los procesos, los controladores permiten a los usuarios aprovechar nuevas oportunidades de negocio y expandir operaciones, e incluso implementar automatización en proyectos totalmente nuevos.

Normalmente, implementar automatización en proyectos totalmente nuevos requiere programación para escribir un código personalizado en cada nueva instalación. Al respecto,  los controladores más recientes suelen ofrecer amplias bibliotecas de software preprogramado para un buen número de aplicaciones comunes, lo cual puede acelerar en mucho el tiempo de proyecto y reducir sustancialmente los costos. 

Los ingenieros de proyecto que usan controladores modernos en entornos abiertos de programación pueden integrarlos con el resto de la empresa mediante un backplane abierto y conectividad Ethernet estándar embebida, lo que se traduce en una arquitectura transparente de arriba abajo con una fácil configuración tipo ‘plug-in’.

Este método permite tener operando proyectos de reconversión o totalmente nuevos en mucho menos tiempo. Por ejemplo, usando PACs listos para IIoT, es posible recortar hasta tres semanas en un proyecto de automatización normal de tres meses de duración.

El controlador de automatización programable Ethernet (ePAC) Modicon M580 se destaca por su velocidad de procesamiento y memoria, además de un mayor nivel de ciberseguridad embebida. Sus capacidades núcleo Ethernet permiten un acceso más rápido a los datos de operaciones en toda la empresa. En la industria híbrida se lo considera el PAC con la mejor performance para aplicaciones de IIoT hoy y en el futuro.

 

Mejor visibilidad en las operaciones

Pequeños problemas no detectados se suelen sumar al déficit de ganancias. Más dispositivos conectados significa más chances de que los problemas pasen inadvertidos. Por ejemplo, en una planta de manufactura discreta/híbrida típica, la información acerca del desempeño de un activo, por ejemplo una bomba, se encuentra confinada al nivel de control. No hay disponibles resultados granulares en todos los niveles de la planta, de modo que es probable que los ingenieros y gerentes no conozcan el desempeño que les permitan tomar mejores decisiones y más rápidas.

Los estimados señalan que adolecer de datos precisos acerca de aspectos como ubicación de activos, estado de proceso y otros, puede costar hasta un 3% de las ventas anuales. Esto puede generar un impacto sustancial en los resultados finales. Afortunadamente, una tecnología avanzada de PAC puede aportar detalles de producción granulares a los usuarios interesados. La visibilidad operacional que se obtiene de esta manera permite detener pérdidas y brinda un aumento de rentabilidad.

Los PACs listos para IIoT con Ethernet incorporado facilita el acceso a arquitecturas avanzadas de automatización colaborativas e integradas y a entornos de integración orientados a objetos. Esto permite conectar los controladores con otras redes y visibilizar toda la información necesaria en empresas de manufactura inteligentes conectadas.

Por ejemplo, si la lectura de un controlador excede parámetros preestablecidos, el ingeniero o el operador recibe un mensaje de texto que lo alerta en su smartphone o tablet, desde donde puede clickear para llegar a la bomba o motor en cuestión. Su ubicación, codificación y toda la documentación están disponibles al instante, sin necesidad de ir a la sala de control o al PLC/PAC del piso de planta, consiguiendo así una rápida y eficiente identificación, investigación y resolución de problemas. Y al haber menos idas al piso de planta, disminuye la probabilidad de incidentes adversos y mejora el control de las variables de seguridad.

Con esta tecnología, los ingenieros también pueden ofrecer a la gerencia general los frutos de las más sofisticadas mediciones y herramientas financieras en tiempo real de hoy en día. Las redes nativas transparentes y abiertas embebidas en un PAC listo para IIoT pueden llevar directamente a mejoras del negocio en el mundo real.

 

Gestión económica de la energía

Hoy en día, el precio de la energía en una planta es tan sólo un elemento más dentro de una compleja relación entre activos, materia prima y costos de los servicios públicos.

Es un concepto equivocado tratar de recortar tan sólo el consumo de energía, ya que, aunque se lo recorte, la factura de electricidad seguirá subiendo si los activos de alto costo no se desempeñan con su eficiencia máxima.

No desconecte sus máquinas, sino que trate simplemente de tener una mejor visibilidad.

Los nuevos controladores listos para IIoT pueden ser integrados dentro de arquitecturas de automatización colaborativas utilizando Ethernet incorporado.

Con estos nuevos controladores listos para IIoT, se pueden visualizar los datos cuándo y dónde se los necesite,” explicó Sylvain Thomas, de Schneider Electric. “Las conexiones integradas hacen que los flujos de datos sean visibles a los usuarios que los necesiten. La gestión de energía está incorporada en el proceso, de modo que los gerentes podrán aprovechar al máximo las variaciones de costos, mientras los activos podrán alcanzar una eficiencia productiva óptima para la energía consumida.

Tomando decisiones inteligentes en base a los datos transparentes que entrega ingeniería, los gerentes podrán recortar la energía en hasta 30%, ahorrando así mucho dinero.

 

Protección de ciberseguridad

La posibilidad de usar tecnologías abiertas e interconectar cada vez más activos a nivel de planta (y a nivel mundial) se traduce en muchos beneficios. Pero también muestra una posible faceta negativa de IIoT: la aparición de temas de ciberseguridad.

De hecho, los estudios muestran que puede haber ahora un 32% de chance de que se produzca un evento cibernético hostil o un ciberataque cada año. Por lo tanto, es probable que una planta promedio experimente un ataque exitoso al menos una vez cada tres años. Las severidades varían y ese riesgo está creciendo.

Los enemigos constantemente van sondeando los puntos débiles. El tan mencionado gusano Stuxnet, por ejemplo, infectó PLCs ingresando a través de una memoria USB. Hoy en día, la interconectividad IIoT abre la posibilidad de un ataque a través de la Internet. Sea cual sea su origen, las brechas de ciberseguridad pueden degradar o detener la operación de máquinas, causando una parada inesperada y una pérdida de productividad, y también amenazar la seguridad del personal de planta o de la comunidad, incluso disparar desastres ambientales catastróficos.

Los ciberataques de alto perfil han llevado a consecuencias muy graves en todo el mundo. Pero hay buenas noticias… Ahora puede haber una ciberseguridad  avanzada en cada controlador y desde el comienzo. 

Los controladores ciberequipados bloquean las comunicaciones desde dispositivos no autorizados; firman digitalmente el firmware para evitar falsificaciones; protegen los programas de aplicación para prevenir alteraciones vía un malware no autorizado; y pueden ser configurados para inhabilitar puertos USB, requerir contraseñas, etc. Si ocurren intrusiones o errores, los controladores equipados con ciberseguridad pueden rechazar la acción y enviar alarmas.

Para ampliar la protección, algunos proveedores combinan todo esto con servicios avanzados, tales como evaluación de ciberseguridad, remediación y mantenimiento. De esta forma, las plantas podrán aprovechar IIoT para mejorar la productividad de manera segura.

Utilizando PACs listos para IIoT en roles clave dentro de las estrategias generales de ciberseguridad de toda la planta, es posible bajar drásticamente la probabilidad de que se produzcan ciberataques, lo que conlleva a importantes ahorros en una planta discreta o híbrida y ayuda a prevenir consecuencias perjudiciales para producción, seguridad y el medio ambiente. 

 

Conclusión

Aprovechar las ventajas de IIoT utilizando las más avanzadas tecnologías de PAC ha probado que ofrece importantes beneficios a nivel de negocio. 

Como ejemplo, la plataforma ePAC Modicon M580 habilitada por Ethernet de Schneider Electric aporta velocidad de procesamiento y memoria, como así también ciberseguridad embebida. Además, sus capacidades Ethernet núcleo permiten un acceso más rápido a los datos de operaciones en toda la empresa.

Recomendar estos PACs avanzados convierte al ingeniero de control en el héroe del proyecto IIoT de una planta. También contribuye a un asombrosamente rápido retorno de la inversión junto a importantes resultados en la rentabilidad de los años por venir.

 

Preparado en base a una presentación de John Boville, de Schneider Electric.

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