¿Qué? ¿Dónde? ¿Cómo?

Noviembre 22, 2018

La identificación inalámbrica que usa RFID es una de las tecnologías clave en procesos de producción inteligentes de Industrie 4.0. A tal fin, Turck ofrece una poderosa herramienta con su solución BL ident RFID.

 

Una producción industrial altamente automatizada, muy flexible y fuertemente interconectada requiere tecnologías eficientes para identificar sistemas, herramientas, componentes y productos. Gracias a sus beneficios específicos, la tecnología inalámbrica de identificación RFID se destaca frente a otras soluciones alternativas, tales como identificación óptica, y se convierte, sin lugar a dudas, en una de las tecnologías clave de Industrie 4.0.

Hoy en día, en muchos lugares, la implementación de RFID en procesos de producción sigue siendo todavía complicada e insume tiempo. La tecnología HF es relativamente fácil de integrar por la incidencia insignificante del entorno espacial y físico. Sin embargo, la tecnología HF tiene un alcance limitado, por lo que se debe recurrir a la banda UHF en aplicaciones que requieren mayor flexibilidad y mayores alcances.

La tecnología UHF se usa principalmente en aplicaciones donde los tags corresponden a producto, permanecen en el lugar, son de difícil alcance o incluso dejan el sitio de producción.

Las lecturas masivas son otro beneficio de la tecnología UHF. Aun cuando la lectura simultánea de varios tags también sea posible con la tecnología HF, está limitada a sólo aproximadamente 20 tags por operación de lectura. UHF puede manejar 200 tags e incluso más, de acuerdo al número de antenas. En consecuencia, la tecnología UHF se usa principalmente en aplicaciones de logística donde se requiere la lectura simultánea de varios tags.

 

Novedad en la última Feria de Hannover: El módulo TBEN-L-RFID de Turck con un servidor OPC UA integrado simplifica la conexión de la automatización de fábrica con el mundo IT.

 

RFID con UHF: Grandes alcances y alta complejidad

Los usuarios aceptan un cierto compromiso entre la mayor complejidad de los sistemas UHF y la mayor flexibilidad y mayores alcances que se logran con esa tecnología. A diferencia de los sistemas HF, la comunicación de UHF no se basa en el acoplamiento inductivo en el campo magnético cercano, sino en la radiación de ondas electromagnéticas.

Esto permite mayores alcances pero también introduce efectos laterales, tales como interferencia causada por la interacción entre cabezales de lectura/escritura o tags. Las reflexiones de las ondas sobre paredes, objetos metálicos u objetos que contienen agua también le plantean desafíos serios al usuario.

Los cabezales de lectura/escritura incorporan algunos parámetros que pueden ser configurados para paliar estos efectos. Por ejemplo, controlar la energía de salida de la mayoría de los dispositivos. Sin embargo, los usuarios también deben configurar filtros RSSI (Received Signal Strength Indicator) y otros parámetros para adaptarlos a la aplicación.

¿Se deben leer varios tags al mismo tiempo? ¿Los cabezales de lectura/escritura o los tags están en movimiento? ¿Se requieren operaciones de lectura y escritura y, si es así, cuán rápidos han de ser los procesos? Estas cuestiones son la base de una instalación de UHF y deben tener respuesta en el momento en que se diseña un sistema.

Y ésta es también la razón por la que la mayoría de los proyectos con UHF requiere la participación de los integradores de sistemas. Los integradores deberán instalar un middleware que filtre, transfiera y, si es necesario, presente la información utilizable desde el RFID a los sistemas ERP, SCADA o MES del cliente.

 

HF irremplazable en automatización

Mientras UHF está ganando terreno principalmente en aplicaciones de logística, el desarrollo de la producción digital en automatización de fábricas seguirá siendo soportada por soluciones de HF, en parte combinadas con la tecnología UHF.

El sistema BL ident RFID de Turck está destinado a esta clase de aplicaciones híbridas, ya que permite la conexión de cabezales de lectura/escritura HF y UHF en los mismos módulos de interface. La adaptación de las interfaces a los controladores es sumamente sencilla, en especial con las nuevas interfaces RFID de los módulos bloque TBEN-S o TBEN-L IP67, provistos con Interface Universal (UI Interface). La interface UI permite que un controlador pueda usar los canales de RFID como simples entradas, lo que elimina la necesidad de un bloque de función definido por el usuario en el controlador.

 

Comunicación estandarizada OPC UA

Si se necesitan interfaces RFID para comunicarse con soluciones de middleware, SCADA, ERP o MES, los usuarios, en la mayoría de los casos, tienen que aceptar soluciones propietarias o incluso escribir sus propios programas.

El estándar OPC UA, independiente de plataforma, es una interesante solución, ya que ofrece un lenguaje estándar para comunicación con controladores y sistemas IT. Dentro de este contexto, Turck ha integrado ahora la interface OPC UA directamente en su interface RFID IP67, denominada TBEN-L4-RFID-OPC-UA, lo que permite que las interfaces puedan comunicarse directamente con MES, ERP u otros sistemas basados en Ethernet. Muchos servicios de nube también soportan OPC UA y, de esta forma, aceptan la transferencia de datos de producción a la nube para tareas de monitoreo o análisis.

OPC UA también contiene una especificación adicional que estandariza la comunicación de dispositivos AutoID en particular, tales como lectores de código de barras o lectores RFID.

Si los dispositivos soportan el estándar correspondiente a dispositivos AutoID, los respectivos sistemas pueden intercambiarse uno con otro. La especificación correspondiente a dispositivos AutoID también proporciona el así llamado modo Reporte, que es soportado por los cabezales de lectura/escritura de Turck.

De esta forma, el cliente podrá realizar un barrido de tags continuo o de tiempo limitado y disponer de los datos leídos como notificaciones de eventos tan pronto se localiza un tag en el campo del cabezal de lectura/escritura. En consecuencia, el usuario ya no requiere una señal de disparo adicional, con lo que el cabezal de lectura/escritura opera de manera autónoma a la hora de reportar cualquier nuevo tag a los usuarios o sistemas de mayor nivel.

 

Comunicación segura

Otro beneficio de OPC UA es el hecho de que el estándar soporta mecanismos de seguridad para encriptación y autenticación, protegiendo así los datos contra un acceso no autorizado, en particular a la hora de transferir esos datos a sistemas ERP o de nube. De este modo, el usuario dispone de un acceso seguro desde cualquier lugar en el mundo.

TBEN-L4-RFID-OPC-UA ofrece encriptación de datos y soporte para certificados de seguridad, como así también configuración de derechos de acceso a través del servidor de web con la correspondiente conexión HTTPS segura.

Ambas bandas de frecuencia, HF y UHF, seguirán teniendo un rol cada vez mayor a medida que avance Industrie 4.0. Y es allí donde reside la importancia de Turck con su sistema BL ident RFID: la posibilidad de trabajar al mismo tiempo con HF y UHF.

 

Preparado en base a una presentación de Bernd Wieseler, director de gestión de sistemas RFID en Turck. Representante en la Argentina: Aumecon S.A.

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.

Los términos ‘Industrie 4.0’ e ‘Internet of Things’ aparecen con mucha frecuencia en los medios y generan intensas discusiones. ¿Qué significan exactamente y cómo son? Pero por sobre todo, ¿cómo habrán de influir en los requerimientos de los usuarios y, en consecuencia, en productos, servicios y soluciones?

El término ‘Industrie 4.0’ alude a la cuarta revolución industrial y se refiere al desarrollo de la así llamada ‘fábrica inteligente’. La primera revolución industrial se basó en la potencia del vapor y el agua, mientras la segunda significó producción en masa utilizando líneas de ensamblado y electricidad. La tercera revolución industrial fue digital y llevó al uso extendido de electrónica e IT para automatizar aún más la producción.

 

Primera aparición pública de Industrie 4.0

Fue durante la Feria Industrial de Hannover en 2011. La subsiguiente discusión acerca de cómo se vería afectada la manufactura por la cada vez más dominante tecnología Ethernet se tradujo en un informe oficial, presentado en la Feria de Hannover de 2013. Como resultado, las organizaciones alemanas BITKOM, VDMA y ZVEI se dedicaron a coordinar medidas para su desarrollo e implementación. Hoy en día, Industrie 4.0 encapsula mucho de lo que ya había antes de 2011 y donde, por ejemplo IEC TC65, ha trabajado en la elaboración de algunos de los estándares necesarios.

 

Microprocesadores y wearables

El término ‘Internet of Things’ encuentra su origen en Norteamérica y describe de qué manera un sistema de computadora central es reemplazado por ‘objetos inteligentes’ o ‘cosas’. A tal fin se usan microprocesadores discretos y cada vez de menor tamaño. Estos podrían estar insertos en la ropa y provistos con sensores que miden, por ejemplo, la temperatura corporal. 

Esta clase de ropa de alta tecnología, denominada wearables, encontrará un uso cada vez amplio en el futuro, particularmente en medicina. Por supuestos que hay muchas otras posibilidades de usar tales sensores miniatura inteligentes.

 

Identificación de objetos

‘Internet of Things’ también describe el enlace de objetos físicos (cosas) de identificación única con una representación virtual en una estructura parecida a la Internet. El reconocimiento automático usando RFID suele ser considerado como la base para la ‘Internet of Things’, si bien es posible lograrlo con un código de barras o un código 2D.

Industrie 4.0 ayuda a la modularización

La posibilidad de identificar y abordar cada activo de planta servirá para la modularización de la producción industrial, algo inminente en el horizonte desde hace ya varios años. Esto estará asociado a consecuencias tecnológicas y económicas de amplio alcance, que afectarán también a los fabricantes de instrumentación y sistemas. 

Nuevos competidores quizás ingresen en el mercado, quizás se requieran nuevos tipos de dispositivos, por ejemplo, un mayor número de dispositivos compactos, y nuevos modelos de negocio serán cada vez más importantes. Todo esto impulsado por tiempos más cortos de puesta en marcha, tiempos de llegada al mercado más rápidos y una producción mucho más flexible. La replicación en lugar de la extensión de la planta podría significar dispositivos que sean más similares en tamaño y construcción. 

Desde el punto de vista del usuario, y de acuerdo a la industria, las plantas convencionales serán más o menos reemplazadas por plantas modulares.

 

Gestión de datos en automatización de procesos

Industrie 4.0 permitirá instalar WirelessHART y, por ejemplo, la Suite PAM (Plant Asset Management) de Endress+Hauser. Similar al mundo de los bienes de consumo, se espera que la ‘Internet of Things’ aporte muchos más datos que serán transmitidos en forma inalámbrica, lo que se suma a la transmisión cableada en tiempo real de datos de proceso a través de, por ejemplo, Ethernet Industrial.

 

Preparado con material suministrado por Endress+Hauser.

 

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