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.

Las 4 (re)evoluciones - ¿Por qué 4.0?

Antes de abundar en detalles, expliquemos el porqué de esta designación. Simplemente hace referencia a 4 hitos históricos de la evolución industrial.

El primero ocurrió a mediados del siglo XIX, con la ‘dominación’ de la energía ‘bruta’ del vapor para convertirla en trabajo utilizable, por ejemplo para el transporte de ferrocarriles, que revolucionó para siempre la industria y la economía mundial.

La segunda revolución de principios de 1900 fue más de índole de procesos y estuvo relacionada con la organización de las operaciones industriales, tales como la línea de producción en serie de automóviles o la faena de animales.

La tercera revolución es más cercana y tiene que ver con el dominio de la energía eléctrica y su uso racional con la electrónica del transistor y los microprocesadores, lo que da origen a la automatización hasta como la conocemos hoy en día, que se tradujo en máquinas más especializadas, precisas y eficientes y que se extiende con la evolución de los autómatas programables y los sistemas de inteligencia de planta hasta el día de hoy.

La cuarta revolución, mejor entendida como una evolución, hace un uso mayor no sólo de los avances en automatización, sino también de todas las tecnologías surgidas en esta materia, fundamentalmente basadas en software, para cubrir en forma completa todo el ciclo de producción de un bien y/o de un servicio. 

 Industrie 4.0:  Para todos y al alcance de todos…

‘Future proof’

Las innovaciones tecnológicas surgidas en los últimos años han superado todas las predicciones, dejando en claro una cosa: nadie puede asegurar qué tecnología surgirá el día de mañana ni cuál de las actuales tecnologías seguirá vigente. 

Por ejemplo, hoy un control a lazo cerrado se puede resolver en un LOGO! o un servidor OPC UA se puede habilitar dentro de un PLC S7 1500, cosa que 10 años atrás no hubiéramos imaginado posible. 

Pero también la demanda cambia a ritmos aún más veloces; lo que hoy estamos acostumbrados a consumir, mañana quizás ya no lo requiramos, sea por un cambio en la moda, las tendencias, nuestras costumbres o nuestras necesidades. Ejemplos sobran.

Hoy en día, más de la mitad de la población mundial vive en regiones urbanizadas; sus necesidades de productos, bienes y servicios (desde alimentos y medicamentos hasta autos y celulares, sumando más necesidades de infraestructura de transporte, energía y comunicaciones) se han vuelto más refinadas y especializadas, disfrutando a la vez de una gran variedad de ofertores que compiten en calidad, disponibilidad y precios. Los ofertores deben adecuarse rápidamente a los cambios en las preferencias de los consumidores; de no lograrlo, su futuro se verá seriamente comprometido.

Por esta razón, los fabricantes industriales y los proveedores de servicios deben recurrir a un uso más abarcativo y racional de las tecnologías actuales para estar a la altura de los desafíos que los consumidores imponen, pero, a la vez, deben estar preparados para adaptarse rápidamente para asimilar cambios y continuar proveyendo a los clientes acorde a sus expectativas. Se dice entonces que las fabricas deben estar ‘preparadas para el futuro’, es decir, poder adaptarse, ser flexibles y lograr ser siempre competitivas ante los cambios de las condiciones de su negocio, sea por situaciones político – económicas o como consecuencia de condiciones de mercado, proveedores o cualquiera de las variables que puedan influir en su desarrollo. De no lograrlo, significa salirse del negocio.

Industrie 4.0 viene a presentar la concepción integral de la tecnología destinada a este propósito.

 

Una concepción holística de la tecnología

La cuarta evolución industrial viene a atender, desde la perspectiva tecnológica, las tres necesidades fundamentales que la industria y sus servicios necesitan resolver para perdurar en el mercado:

  • Ser eficientes - Sintéticamente, hacer más, o lo mismo, con menos recursos. (Por ejemplo, en el mercado de commodities).
  • Ser flexibles - Incorporar rápidamente cualquier cambio o tendencia que el mercado demanda. (Por ejemplo, en el mercado de tecnología o industria automotriz, textil o farmacéutica).
  • Reducir el “time to market” - Concretamente, ser más rápido que la competencia para enviar un producto o servicio innovador al mercado. (Los ejemplos abundan, desde la industria de alimentos y bebidas hasta biotecnología).

La idea central de Industrie 4.0 es utilizar toda la tecnología disponible en este momento y la que se vaticina que surgirá en el corto plazo, en pos de alcanzar estos tres objetivos. No sólo los modernos sistemas de automatización, sino, y muy especialmente, las tecnologías basadas en software, tales como virtualización, digitalización y simulación, con las que se pueden modelar los sistemas físicos en objetos de software y optimizar su diseño y operación antes de su materialización. 

También se refiere a los conceptos de Smart Manufacturing (fabricación inteligente) con sistemas que permiten tener vista del uso de los recursos para tomar decisiones, entre otros sistemas de Energy Management para la gestión completa del uso energético de la planta o sistemas de Plant Intelligence destinados a gestionar los sistemas de producción, además de sistemas de operación, almacenamiento y analítica en ‘la nube’ y tecnologías de identificación integradas al producto en curso.

 

Distintos ‘flavours’

Tratándose de un concepto tan abarcativo e integral, Industrie 4.0 puede ser asociado con algunas iniciativas o tendencias que cubren sólo un aspecto de todo lo que cubre en sí mismo. Dependiendo de qué funcionalidad o recurso resuelve mayormente, será el ‘flavour’ que prevalezca como principal tecnología de una implementación Industrie 4.0.

A Industrie 4.0 se lo suele considerar como sinónimo de Industrial IoT, Digitalización o Smart Manufacturing, y nuestro cometido aquí es tratar de marcar las diferencias y destacar que estos enfoques se refieren a soluciones parciales del gran concepto holístico de Industrie 4.0.

IoT (Internet of Things) es un avance en la integración de mecanismos de comunicación sobre protocolos estándar a dispositivos de nuestro uso diario con el fin de aprovechar funciones inteligentes que pueden ser de gran ayuda personal si podemos acceder e interactuar con los mismos en forma remota o automática. El caso más emblemático es la heladera, que puede ordenar una reposición automática al supermercado cuando se agota algún producto, el seteo del horno y la calefacción de nuestro hogar condicionados a distintos factores, tales como fechas, invitados, etc. También llega cada vez con mayor frecuencia a dispositivos más pequeños y sencillos que pueden interactuar con servicios en nuestros dispositivos móviles o incluso con/desde nuestros automóviles.

Más interesante es Industrial IoT (IIoT), que tecnológicamente funciona similar al caso anterior, con la diferencia que se aplica al mundo industrial y, por ende, se le exige determinadas consideraciones especiales. De partida, no se orienta a conectar electrodomésticos, ni tampoco su principal objetivo son las personas, sino que está orientado a integrar máquinas entre sí, con procesos y, obviamente, con operadores. Para esto requiere condiciones de seguridad robustizadas y velocidades que garanticen el determinismo y la seguridad para las señales críticas que transmiten. Espe­cialmente cuando se transpone fronteras como el piso de planta, se deben tomar recaudos que aumenten la integridad de la comunicación sin desmedro de la velocidad ni el determinismo.

Industrial IoT (IIoT) es un gran avance en la estandarización de los métodos de integración inteligente y funcional de las plantas productivas, a lo que se suma el lanzamiento de OPC UA como protocolo universal que resuelve los clásicos problemas de comunicación entre distintos tipos de dispositivos y entre marcas. Sin ir más lejos, los productos Siemens ya pueden intercomunicarse de manera más económica gracias a este protocolo; por ejemplo, si el usuario desea conectar un drive Sinamics con una pantalla HMI Comfort Panel en directo, o si quiere que su sistema de gestión releve datos directamente de la máquina disponibles en el PLC Simatic S7 1500 gracias a su servidor OPC UA instalado en la misma CPU.

De esta forma, Industrie 4.0 hace uso de IIoT para alcanzar objetivos más grandes y, por eso, no es apropiado compararlos o tomarlos como equivalentes.

 

‘Nube’ y minería de datos

Como vimos, IIoT permite el avance de los sistemas de comunicación desde el nivel de planta, facilitando la obtención de datos y, con esto, responde a la necesidad de disponer de repositorios efectivos donde realizar las operaciones de análisis y procesamiento de los mismos. La idea de poder disponer de estos repositorios en forma centralizada, a buen resguardo y de rápido alcance en servidores remotos y distribuidos, incluso a distancias geográficas del punto donde se generan los datos, permitiendo establecer conexiones hacia ellos en forma inalámbrica y segura, es lo que se dio en llamar ‘nubes’, concepto de por sí muy descriptivo en el sentido que están a nuestro alcance donde sea que tengamos una conexión a la Internet.

Pero no se trata de tener sólo un dispositivo de almacenamiento de enormes cantidades de datos sino también de una plataforma sobre la misma nube que permita realizar el análisis de los mismos y, en consecuencia, realizar las operatorias necesarias sobre la producción. Un sistema donde puedan residir los algoritmos que procesan las enormes cantidades de datos relevados de los procesos productivos, permite descubrir y obtener conocimiento de los procesos, comprenderlos mejor y realizar mejoras continuas; en definitiva, lo que se denomina minería de datos.

Siemens dispone de la plataforma Mindsphere para la gestión de datos haciendo uso de algoritmos específicos por cada máquina o proceso, muchos de ellos desarrollados por los mismos usuarios en el formato de ‘apps’, que facilita toda la gestión de la inteligencia digitalizada de las máquinas, planta y negocio, especialmente basada sobre una ‘nube’.

Las plataformas de Industrie 4.0 recurren imperiosamente a sistemas de analítica de datos y gestión de procesos de negocios basados en la nube, como el concepto de Siemens con Mind­sphere, lo que permite llevar el negocio a una operatoria completamente digital.

 

Digitalización es la clave

Digitalización se entiende como el modelado virtual, o sea basado en software, de algo físico. También se lo puede extender a la administración del negocio cuando se tiene una plataforma de gestión por software completamente integrada y abarcativa de todos los procesos del mismo.

La estrategia de digitalización de Siemens para la industria se basa en 3 plataformas, a su vez colaborativas e integrables entre sí: 

  • Software del ciclo de vida de desarrollo de un producto (PLM o Product Lifecycle Management) - Permite llevar en formal virtual o a través de un ‘gemelo digital’ todos los aspectos de la fabricación de un producto, desde diseño mecánico, disposición de los sistemas de producción, administración y gestión de los mismos, hasta simulación y comisionamiento virtual de las líneas de producción y de la fábrica. Al respecto, Siemens ofrece Team Center, NX y Plant Simulation para la industria discreta y la plataforma Comos para la industria de procesos. 
  • Sistema de ejecución y gestión de la producción (MES o Manufac­turing Execution System) - Modela los procesos productivos de una planta industrial según el estándar ISA 95 y para cada subproceso. Por eso se habla de una ‘suite’ o conjunto integrable de módulos de aplicaciones que resuelven distintos aspectos de la producción, tales como gestión de tiempos productivos, historial de variables y registros de producción, gestión de recetas, integración de laboratorios, depósitos, control de calidad y otros. En Siemens, esta suite se denomina SIMATIC IT e integra varias aplicaciones, tales como Historian, Performance Monitoring, Unilab e Interespec, Preactor como solución de Manufacturing Ope­ration Manager,  entre otros. 
  • Plataforma TIA (o Automatización Totalmente Integrada en inglés) - Revolucionario concepto de Siemens que permite que sus sistemas de automatización sean desarrollos en pos de las verdaderas necesidades de la industria, donde un sistema de control requiere implementar en forma rápida y sencilla la integración de diagnóstico, monitoreo y operación, comunicación y operación completa de drives y equipos de maniobra de motores, integración transparente de sistemas de comunicación , etc. En Siemens, la plataforma por excelencia es TIA Portal para la industria discreta, que integra directamente el desarrollo del sistema de monitoreo y operación con WinCC (TIA Portal o SCADA), comisionamiento de drives con Start Drive, paquetes integrables para configurar sistemas de seguridad, etc. Para la industria de procesos, PCS7 es una solución de sistema de control distribuido que potencia aún más la integración, extendida a las tecnologías de instrumentación de campo.

 

Preparada por el Ing.Andrés Gorenberg, Gerente de Factory Automation, Siemens Argentina.

La seguridad como prioridad impulsará la adopción de IIoT

En la evolución de IIoT (Industrial IoT), hay una verdad incuestionable: el crecimiento de las aplicaciones de IIoT dependerá del nivel de confianza en su seguridad.

El potencial de Industrial   IoT (IIoT) depende tan sólo de los límites de nuestra creatividad. Pero su materialización estará siempre ligada a la seguridad.

Hemos visto esta tendencia entre los primeros en adoptar IIoT en la industria de petróleo y gas, donde hay una marcada motivación por incorporar tecnología de redes y sensores inteligentes. Numerosas instalaciones de petróleo y gas, en especial plataformas offshore, se encuentran ubicadas en entornos que los norteamericanos llaman ‘4D’ (dirty, distant, dull and dangerous), lo que se traduce como sucio, distante, aburrido y peligroso. En estas áreas adversas, la automatización y una gestión remota pueden aumentar la eficiencia, mejorar el desempeño y aumentar la rentabilidad. Y lo más importante, mantener a la gente alejada de eventuales peligros.

Durante décadas, la industria ha estado utilizando principalmente redes cerradas privadas para controlar funciones críticas de planta, lo que conoce como OT (Operational Technology). Pero en los últimos años, las empresas de petróleo y gas han estado entre las primeras en explorar aplicaciones de IoT que ofrecen funciones de monitoreo y control de instalaciones más extensas, junto a un costo reducido y mayor flexibilidad. 

Dentro de este contexto, por definición, las aplicaciones de IIoT requieren mover datos de los sistemas OT existentes a la Internet. Hacerlo de una manera segura es de crucial importancia. 

Con 25 años de experiencia en sensores inteligentes, tecnologías inalámbricas y automatización digital, Emerson ofrece una amplia gama de soluciones OT conectadas en red para la industria de petróleo y gas. Y a medida que fue evolucionando hacia la IIoT de hoy en día, pudo comprobar una verdad incuestionable que ya mencionamos en el prólogo: el crecimiento de las aplicaciones de IIoT dependerá del nivel de confianza en su seguridad.

La seguridad de IIoT requiere poner foco en cuatro áreas que cubren la mayoría de las aplicaciones:

  • Sensores - Recolectan datos en forma remota;
  • Redes OT ‘primera milla’ (‘first mile’) in situ - Su función es convertir esos datos y conectarlos de manera segura a la Internet;
  • Software - Almacena y procesa los datos para generar conocimientos valiosos;
  • Gente - Diseña, gestiona y utiliza estas redes.

Al respecto, Emerson ha ampliado recientemente su ecosistema Plantweb para que la industria pueda abordar de manera segura estas cuatro áreas a medida que van adoptando IIoT a la hora de automatizar procesos y maximizar la eficiencia.

 

Sensores

Al haber dispositivos conectados que monitorean y controlan los procesos en toda la instalación de manufactura, es posible que se produzcan ataques para manipular los dispositivos en sistemas OT críticos que se encargan de controlar los procesos de planta, lo cual podría dañar gente, producción y el medio ambiente si se los usa equivocadamente.

Esta amenaza requiere una nueva manera de pensar acerca de la seguridad de los dispositivos. Un ejemplo es Emerson, que ofrece dispositivos y redes inalámbricas que miden y monitorean desde eficiencia energética y fugas de gases peligrosos hasta corrosión y necesidades de mantenimiento. Estos dispositivos y redes están diseñados con capacidades de seguridad siempre activas, incluyendo encriptado y gestión de claves. Este elevado nivel de seguridad los hace adecuados para sistemas OT críticos.

‘Primera Milla Segura’

El término ‘last mile’ (‘última milla’) fue empleado por primera vez en telecomunicaciones para referirse a las conexiones entre los usuarios individuales y la red central que lleva las comunicaciones por todo el mundo. En cambio, en IIoT, la referencia es a la exportación de datos desde las instalaciones individuales a una red de empresa más amplia, o sea ‘la primera milla’ de comunicación.

Estas conexiones de comunicación de la ‘primera milla’ deben permitir a las empresas conectar selectivamente datos OT altamente seguros con redes altamente seguras privadas o en la nube para análisis en tiempo real. Se busca garantizar que se envían sólo los datos deseados y sólo a los destinatarios designados de manera tal que no puedan ocurrir intrusiones dentro de los sistemas OT.

Una ‘primera milla’ segura garantiza una transmisión unidireccional de datos desde una red IIoT más amplia, lo que impide que se transmita información potencialmente maliciosa a los dispositivos y que afecte eventualmente la operación de una instalación. Se puede conseguir una ‘primera milla’ segura usando una infraestructura de red escalonada a la hora de conectar la red OT a la Internet. Las redes escalonadas brindan seguridad al proteger los distintos niveles con firewalls y aplicaciones especializadas. En algunas configuraciones, se puede inhabilitar por completo la comunicación entrante para impedir potenciales intrusiones.

Almacenamiento de datos y software

Un software de aplicaciones inteligente es clave para el análisis y la extracción de conocimientos que conlleven un valor de negocio. También se lo considera como una tercera área de seguridad en las implementaciones de IIoT. 

Hay dos modelos para correr un software de datos y aplicaciones en implementaciones de IIoT: uno interno, o sea un entorno computacional de empresa, y un entorno IoT de tercero. En el entorno de empresa, el departamento de informática interno puede tomar las medidas necesarias para salvaguardar el acceso a datos y aplicaciones.

Suele haber empresas que tercerizan, enviando afuera sus datos no críticos para análisis y comprensión. En este escenario, las empresas se enfrentan a temas relacionados con asegurar sus datos, derecho de propiedad, legislación local, quién tiene acceso, etc.

Muchos proveedores de aplicaciones (tales como Emerson) aprovechan entornos reconocidos de computación en nube, por ejemplo Microsoft Azure. Este enfoque tiene mucha aceptación ya que se basa en servicios ya probados que cumplen con las más estrictas certificaciones de seguridad y reglamentaciones locales.

 

Gente y políticas

La cuarta área de la seguridad de IIoT es el acceso físico a equipos y redes, lo que requiere políticas claras de seguridad que sean conocidas y comprendidas por todos quienes interactúan con los elementos de la red IoT.

El acceso a equipos y software debe estar limitado a quienes tengan una necesidad directa, mientras el acceso a las instalaciones donde está implementada IIoT debe ser estrictamente controlado para maximizar tanto la seguridad como el valor de los datos. Un acceso físico no autorizado a sensores y equipos puede llevar a un riesgo importante de seguridad como así también a la posibilidad de que se degraden datos valiosos. Incluso se puede llegar a una interrupción inadvertida de sensores o controles que afecte el desempeño.

La promesa de IIoT es innegable. Pero si no se presta la suficiente atención a la seguridad en estos primeros años, bastarán unas pocas brechas de seguridad con efectos perjudiciales para hundir drásticamente el entusiasmo por esta tecnología innovadora. Los proveedores de IIoT que ofrezcan soluciones seguras serán actores importantes en los meses y años por venir y podrán ayudar a las empresas a explorar los posibles confines creativos a alcanzar con IIoT.

 

Preparado en base a una presentación y charlas con Peter Zornio, director tecnológico de Emerson Automation Solutions.

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

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

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

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

 

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

 

Las decisiones de hoy son la base del mañana

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

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

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

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

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

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

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

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

 

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

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

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

 

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

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

 

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

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

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

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

 

Conclusión

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

 

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

 

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

 

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

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

 

¿Qué es en definitiva IIoT?

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

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

 

Atributos de IIoT

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

 

Transformación digital

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

 

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

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