IIoT está cambiando el rol del ingeniero de control

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

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

 

 

Acerca de IIoT

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

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

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

 

Controlar procesos dentro de los activos

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

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

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

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

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

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

 

Las herramientas más adecuadas

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

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

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

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

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

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

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

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

 

Lograr valor de negocio

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

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

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

 

Mayor productividad

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

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

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

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

 

Acortar el tiempo de llegada

al mercado

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

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

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

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

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

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

 

Mejor visibilidad en las operaciones

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

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

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

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

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

 

Gestión económica de la energía

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

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

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

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

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

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

 

Protección de ciberseguridad

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

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

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

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

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

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

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

 

Conclusión

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

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

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

 

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

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