Sensores cada vez más inteligentes y más capaces

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Nadie duda de que los sensores son cada vez más inteligentes, brindando más datos que nunca. Y su visión está mejorando.

Según Banner Engineering, los sensores más inteligentes de hoy en día pueden resolver aplicaciones más exigentes y aportar datos para  IIoT (Industrial Internet of Things). Algunos sensores de medición láser actuales pueden medir no sólo distancia, sino también la intensidad de la luz, lo que permite a los usuarios hacer más con un solo sensor, resolver aplicaciones más exigentes y realizar inspecciones más confiables.

Otra tecnología importante que impulsa cambios en la industria de sensores y actuadores es la comunicación IO-Link, que envía estado y datos a IIoT. IO-Link permite el intercambio bidireccional de datos a partir de sensores que soportan IO-Link y que están conectados a un maestro IO-Link. Se puede acceder a los datos de dispositivos para una acción inmediata o recolectarlos para un análisis a largo plazo, incluyendo cálculos de OEE (Overall Equipment Effectiveness) y mantenimiento predictivo.

Adoptar sensores más inteligentes con comunicación IO-Link permitirá resolver más aplicaciones con un menor número de dispositivos, ser más flexibles para adaptarse a cambios y, en el futuro, tomar mejores decisiones basadas en datos.

En cuanto a IO-Link, es necesario comprender de qué manera IO-Link facilita la instalación y configuración de un gran número de sensores. Al mismo tiempo, será un método común que permitirá a los dispositivos de borde simples agregar sus datos a IIoT.

Los sensores de medición láser de modo doble también son importantes. Además de medir distancia, estos sensores láser pueden detectar cambios en la intensidad de la luz, lo que permite sensar no sólo la presencia del objetivo dentro de una cierta distancia, sino también en qué momento devuelve cierta cantidad de luz al receptor. De esta forma, el sensor podrá detectar los objetivos más exigentes, tales como objetos transparentes, que otros sensores no pueden hacerlo.

Si bien la tecnología subyacente de generador de imágenes CMOS (Com­ple­mentary Metal-Oxide Semicon­ductor) no es nueva en sí misma, la novedad está en que se la utiliza de nuevas maneras para aprovechar la capacidad del sensor de brindar distintos tipos de información y funcionar como sensor de distancia y de contraste, todo en un único dispositivo. Normalmente, este tipo de aplicaciones requería al menos dos sensores: uno para detectar cambios en la distancia y otro para detectar el contraste.

Estos sensores de modo doble permiten detectar múltiples condiciones con un solo sensor, lo que incluye presencia/ausencia, altura y orientación de una pieza. Esto significa menos sensores en tareas de inspección complejas y es posible estandarizar en un solo sensor de medición láser, lo que reduce costos de inventario.  Además, la posibilidad de incorporar comunicación IO-Link en sensores basados en láser se traduce en capacidades adicionales, tales como monitoreo remoto y diagnósticos.

La posibilidad de combinar un sensado más inteligente con datos accesibles a través de una comunicación IO-Link hace que los sensores sean mejores y más fáciles de usar.

Con IO-Link, se pueden seguir las condiciones de falla y conocer exactamente por qué ocurre la condición de falla y con qué frecuencia. IO-Link puede enviar alertas, tales como una disminución en el exceso de ganancia de un sensor por la acumulación de residuos, lo que permite limpiar la lente del sensor antes de que afecte la función de sensado. Además, con IO-Link, los usuarios también podrán seguir el tiempo de operación del sensor para estimar cuándo habrá necesidad de mantenimiento o reemplazo y abordar los problemas durante el mantenimiento programado.

 

Monitoreo remoto a nivel de sensores

Los datos de sensores y otros dispositivos de campo nunca fueron de fácil acceso, y algunas veces incluso imposible. En la mayoría de los casos, estos dispositivos ofrecen un potencial sin explotar para conseguir una mayor visibilidad en las operaciones y tomar decisiones más avanzadas y basadas en datos.

Con el auge de IIoT, los datos a nivel de dispositivos ya están disponibles a operadores y gerentes de planta, aportando valiosa información en cuanto al desempeño de máquinas, ineficiencias de proceso, etc. El monitoreo remoto en tiempo real del estado de sensores permite a los operadores abordar los problemas a medida que surgen y, muchas veces, resolver inconvenientes antes de que escalen hasta una parada.

 

Comunicación IO-Link

IO-Link es una tecnología que aporta a los usuarios la posibilidad de monitoreo remoto a nivel de dispositivos de campo.

IO-Link (IEC 61131-9) es un protocolo de comunicación serial estándar y abierto que permite el intercambio bidireccional de datos de sensores y dispositivos que soportan IO-Link y están conectados a un maestro. El maestro IO-Link transmite los datos desde los dispositivos IO-Link a través de redes, fieldbuses o buses de backplane. De esta manera, los datos de los dispositivos están accesibles para una acción inmediata o un análisis a largo plazo a través de un controlador, por ejemplo un PLC o HMI, lo que brinda a los usuarios más información acerca de sus dispositivos y permite el monitoreo remoto del desempeño de máquinas.

La posibilidad de controlar salidas de sensores, recibir alertas de estado en tiempo real y ajustar la configuración desde prácticamente cualquier lugar permite a los usuarios identificar y resolver los problemas que surgen a nivel de sensores en el momento oportuno. Esto también significa que los usuarios podrán tomar decisiones basadas en datos en tiempo real de los propios componentes de una máquina, lo que reduce paradas costosas y mejora la eficiencia general.

 

Sensores cada vez más inteligentes y más capaces
Figura 1. Varios sensores Q4X en un espacio confinado, lo que hace difícil determinar qué sensor requiere limpieza. La función de descubrimiento hace parpadear el sensor problemático.

 

1 | Lectura y cambio de parámetros de dispositivos en forma remota

Con IO-Link, los usuarios pueden leer y cambiar parámetros de dispositivos a través del software del sistema de control, lo que reduce tiempo y recursos en las tareas de configuración y comisionamiento.

Además, los sensores IO-Link aceptan múltiples recetas que pueden cambiarse rápida y dinámicamente desde el sistema de control según necesidad, por ejemplo en caso de un cambio de producto.

Por ejemplo, hay momentos en que una línea con productos de distintos tamaños requiere modificaciones en los umbrales de distancia de los sensores. Durante un cambio de producto, el maestro IO-Link simplemente escribe el nuevo umbral a los sensores, y no es necesario que los sensores estén presentes para prepararlos. Esto ahorra un tiempo importante a la hora de modificar la configuración del sensor, lo que reduce paradas, aumenta la productividad y los resultados y permite que las máquinas acepten una mayor diversidad de productos.

 

El sensor Q4X con modo de aprendizaje doble de Banner Engineering, que detecta cambios de distancia de tan sólo 1 mm en alcances de 25 a 300 mm, combina umbrales de ventana de distancia del objetivo y de la intensidad reflejada del objetivo, lo que facilita la resolución de aplicaciones difíciles. Q4X puede detectar objetos claros sin necesidad de un retro-reflector. El modo dual se puede usar para aplicaciones a prueba de errores, garantizando que la pieza de color correcto esté ubicada en la posición correcta.

 

2 | Monitoreo remoto de la salud y operación de dispositivos 

La comunicación IO-Link también permite establecer alarmas y tareas de mantenimiento predictivo en base a datos de sensores en tiempo real. Por ejemplo, el sensor de distancia láser Q4X con IO-Link de Banner Engi­neering brinda datos de exceso de ganancia a través de IO-Link, lo cual se puede usar para identificar el momento en que un sensor necesita limpieza (polvo y otras partículas que se acumulan sobre la lente del sensor, disminución del exceso de ganancia, etc.).

Las alertas se pueden configurar de manera que los sensores puedan limpiarse antes de que la acumulación de residuos afecte su función de sensado. Por su parte, los problemas de conexión de los dispositivos se reportan en tiempo real, lo que permite resolverlos en el momento adecuado.

Además de datos de salud valiosos, IO-Link permite a los usuarios seguir los datos de toda la operación para predecir cuándo es el momento de reemplazar un dispositivo. Con esta información, los sensores pueden ser reemplazados durante el mantenimiento programado, evitando paradas innecesarias. Los datos de operación también se pueden usar para cálculos de OEE.

Por su parte, la función de descubrimiento con IO-Link indica qué sensor necesita atención, especialmente cuando hay muchos sensores. En la figura 1 se muestran varios sensores Q4X en un espacio confinado, lo que hace difícil determinar qué sensor requiere limpieza. La función de descubrimiento hace parpadear el sensor problemático, lo que facilita su identificación y abordar rápidamente el problema.

 

3 | Utilizar los datos recolectados para maximizar OEE

Los dispositivos IO-Link también ofrecen datos que se pueden utilizar en el cálculo de OEE para determinar la eficiencia del proceso teniendo en cuenta tres factores principales: disponibilidad, desempeño y calidad.

El factor disponibilidad considera eventos que disminuyen el tiempo de operación total, incluyendo paradas planificadas, por ejemplo para cambiar de producto, y las paradas no planificadas.

El factor desempeño tiene en cuenta cualquier cosa que disminuya la velocidad del proceso de fabricación mientras está en operación.

Por último, el factor calidad se refiere a las piezas o productos que no cumplen con los estándares de calidad (piezas que deben ser desechadas o reelaboradas, lo que lleva a pérdida de tiempo).

El cálculo de OEE evalúa estos factores y expresa el resultado como un porcentaje, donde 100% significa que se fabrican sólo piezas buenas (calidad), lo más rápidamente posible (desempeño) y sin paradas (disponibilidad). Los resultados de este cálculo conforman información procesable acerca del origen de los descartes en una operación de fabricación.

Para reducir descartes y mejorar la OEE, la visibilidad en cuanto a dónde y cuándo ocurren las ineficiencias es clave, lo que llega incluso hasta nivel de sensores. Por lo tanto, el acceso a datos de desempeño y operación a partir de sensores e indicadores IO-Link es fundamental a la hora de calcular OEE e identificar los pasos necesarios para mejorar la eficiencia de máquinas, procesos y personas.

 

Preparado en base a material suministrado por Banner Engineering. Representante exclusivo en la Argentina: Aumecon S.A.

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