IO-Link a la hora de implementar Industrie 4.0 e IIoT

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.

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