Tecnología DCS:  Ahora convertida en  una solución de automatización escalable
Impulsados por la evolución tecnológica de los últimos años, los sistemas de automatización de procesos ofrecen ahora soluciones DCS con una mayor escalabilidad como alternativa a los PLCs en algunas aplicaciones de planta.

 

Para las organizaciones industriales, las ventajas de invertir en automatización pueden llegar a ser muy importantes, tales como aumentos en la productividad y una mejor seguridad, con costos reducidos. Pero también aparecen algunos inconvenientes comunes en toda la industria y asociados con la implementación de una nueva tecnología, que han afectado en mayor o menor medida el éxito de las operaciones industriales.

La evolución y comoditización dela tecnología de Sistema de Control Distribuido (DCS) han llevado a una moderna plataforma de integración gráfica y altamente interactiva que aporta la funcionalidad del control de proceso y también la conectividad de datos en tiempo real entre el piso de planta y la empresa. El desarrollo también ha contribuido a dejar atrás una arquitectura propietaria centrada en el sistema e ir hacia una arquitectura más enfocada en soportar procesos de negocio colaborativos.

Hoy en día, hay disponible una nueva clase de sistema de control escalable y flexible que ofrece una solución de automatización a los usuarios finales en una amplia gama de industrias de procesos que se adapta a sus aplicaciones mejor que los PLCs y cuesta menos que un DCS tradicional.

 

Los requerimientos de la industria van cambiando

En el mundo actual, la industria se ve enfrentada a un entorno de negocio cada vez más competitivo, lo que obliga a encontrar vías para elaborar productos de calidad de manera rápida, eficiente y económica.

Para responder a demandas de mercado cada vez más volátiles y a las expectativas de mejores resultados económicos, la industria está incorporando estrategias de producción MTD (Make-to-Demand), mientras los profesionales de la industria de procesos se enfrentan a desafíos complicados y que evolucionan constantemente. ¿De qué manera pueden adherir a estrictos requerimientos de cumplimiento mientras se ven obligados a competir en una economía globalizada? ¿Cómo pueden responder a la demanda de nuevas fuentes de productividad mientras garantizan la seguridad de personas, activos y el entorno?

El avance tecnológico se traduce en nuevos productos que las organizaciones industriales necesitan incorporar para seguir siendo competitivas. Incluye soluciones para automatizar una amplia gama de procesos de planta y conseguir la información necesaria para tomar decisiones adecuadas a nivel de operaciones y negocio. En este sentido, las aplicaciones de control de procesos se caracterizan por una gran variedad de tamaños y niveles de complejidad, por lo que resulta crítico disponer de una arquitectura capaz de soportar esta escalabilidad; si no fuera así, terminaríamos teniendo múltiples soluciones aisladas y difíciles de integrar.

Históricamente, la automatización de una planta se basaba en una mezcla de distintos sistemas y herramientas desarrollados expresamente para las tareas que controlan. La industria utiliza un sistema para control de proceso, otro para control discreto, y otro más para control de potencia. Dentro de este contexto, las funciones específicas con lógica discreta de alta velocidad podrían ser controladas con PLCs dedicados, mientras el área principal de proceso en una instalación podría ser automatizada usando un DCS dedicado. Pero ocurre que la integración del DCS con los sistemas de automatización en una planta suele ser costosa y requerir mucha ingeniería. Mantener múltiples sistemas de automatización diferentes sobrecarga las operaciones y los recursos de soporte, restando flexibilidad y capacidad de respuesta.

 

Razones para elegir un DCS

En el pasado, los sistemas DCS tradicionales tenían un costo elevado por entrada, lo que limitaba su uso a instalaciones y aplicaciones de gran tamaño. La experiencia ha mostrado que insume mucho tiempo instalarlos, integrarlos y soportarlos en operaciones de menor tamaño. Estos problemas se ven agravados por las dificultades a la hora de encontrar recursos calificados y repuestos.

Impulsadas por la evolución tecnológica en los años recientes, las soluciones DCS ofrecen ahora una mayor escalabilidad como alternativa a PLCs en algunas aplicaciones de planta. Los nuevos sistemas son modulares y altamente flexibles, lo que facilita su adaptación a una determinada aplicación y permite desplegar un DCS para responder a las necesidades de una aplicación de control cualquiera sea su tamaño, mientras preserva los beneficios para el usuario final.

La actual generación de soluciones de control ofrece:

  • Todas las características básicas que se esperan de un DCS, además de facilitar el control y la optimización de toda la planta;
  • Escalabilidad junto a arquitecturas modulares para adaptarse exactamente a los requerimientos de una aplicación;
  • Arquitecturas abiertas, habilitadas por la información y seguras;
  • Flexibilidad en la entrega y soporte del sistema.

El DCS integrado actual está diseñado para conformar una solución de control adaptada al flujo de trabajo del control de proceso. Este concepto integrado se traduce en un sistema que brinda un control eficiente y responde a las necesidades de operadores de planta, ingenieros de proceso y gerencia. Lo último en esta tecnología también facilita la configuración con templates, herramientas de ingeniería, bibliotecas de aplicación y escenarios para aplicaciones específicas de control.

El costo es un criterio clave para cualquier usuario final a la hora de elegir un DCS versus una solución basada en PLCs. Si se tiene en cuenta el trabajo que significa implementar el sistema y el costo de realizar cambios a través del tiempo, además del precio inicial de compra, el DCS puede resultar mucho menos costoso que otras alternativas.

Los costos totales de un proyecto incluyen todos los gastos involucrados en la elaboración de una solución que cumpla con el objetivo a largo plazo de un control eficaz de proceso. Además, los usuarios finales deberán tener en cuenta el mantenimiento y los cambios para crecer en el tiempo. Estos costos totales son más bajos que aplicar PLCs, ya que las funciones incorporadas y la integración inherente disponible en un DCS permiten la implementación y el mantenimiento de un sistema más eficaz con menos trabajo.

Al mismo tiempo, la nueva generación de DCSs permite responder rápidamente a los constantes cambios en los requerimientos del mercado. Los conceptos de seguridad integrados garantizan la operación continua de los sistemas y protegen personal, máquinas y el entorno. También ofrecen una elevada disponibilidad de sistema, protección de la inversión y una tecnología segura para el futuro, que se suman a un reducido costo total de propiedad.

 

Estrategia de automatización flexible

Los méritos de un DCS escalable son obvios: ingeniería eficiente, fácil operación y mantenimiento, y una mayor productividad.

Utilizar una plataforma de control moderna y flexible resulta estratégico a la hora de mejorar la productividad. Con esta plataforma, los usuarios finales podrán recibir información rica en inteligencia de producción destinada al sistema de negocio, aportando la visibilidad necesaria para impulsar la eficiencia y la productividad en todas las capas de la organización en tiempo real.

Los sistemas DCS de hoy en día pueden ser escalados hasta responder a las necesidades de aplicaciones de muy pequeño tamaño. Hay numerosas características desarrolladas para aplicaciones complejas que pueden ser removidas u ocultadas para simplificar el sistema y reducir el costo de adquisición e implementación. De esta forma, los usuarios finales podrán conseguir un sistema optimizado en cuanto a control de proceso y a un precio justo.

La experiencia ha demostrado que la implementación de una arquitectura de control abierta aporta un buen número de ventajas clave:

τ Una plataforma para la integración de todos los sistemas de control de proceso y seguridad, como así también el software de automatización, en una sola arquitectura unificada, lo que reduce el tiempo de ingeniería, consolida la visualización del operador y sirve para compartir datos entre múltiples sistemas.

τ Herramientas abiertas y aplicaciones integradas de software que permiten al personal de planta capturar y compartir conocimiento de proceso a fin de tomar mejores decisiones y lograr una óptima performance de negocio. El uso de un software abierto también facilita el diseño de displays ergonómicos de interface humana según ASM (Abnormal Situation Management) Consortium. También simplifica la ingeniería gracias a una base de datos integrada y características de tipo ‘arrastrar y soltar’ a la hora de configurar bloques de función.

τ Interfaces abiertas en la red de negocio que soportan decisiones colaborativas  destinadas al manejo eficaz de la cadena de suministro de la empresa, vinculando la variabilidad de la materia prima a la variabilidad de la demanda.

τ Soluciones de migración durante el proceso que permiten a los usuarios finales actualizar anteriores sistemas con la más reciente tecnología de automatización sin necesidad de reemplazar controladores, E/Ss o gráficos.

 

Solución de control escalable

Gracias a los avances en tecnología de control de proceso, hay un creciente número de organizaciones industriales que disfrutan de la ventaja de tener un verdadero control distribuido a un costo reducido. Los principales proveedores de automatización ofrecen soluciones de DCS destinadas a aplicaciones de control específicas, sin importar su alcance, y que se pueden extender en todo momento para incluir personas y activos, e incluso integrar las operaciones de todo el negocio.

Honeywell, por ejemplo, ofrece DCSs PlantCruise by Experion para instalaciones de cualquier tamaño en la industria de procesos. Con estos sistemas de control escalables, se dispone de varias funciones y aplicaciones destinadas a optimizar la performance en el contexto de operaciones industriales específicas. Por su parte, los datos son presentados en un entorno operativo integrado.

Las novedosas tecnologías de Honeywell apuntan a mejorar la performance de una planta y obtener mejores resultados de negocio, además de que se las puede implementar para adaptarse a cada sitio en particular:

  • Sistemas DCS y SCADA fuertemente integrados;
  • Controlador de proceso robusto para ejecutar estrategias de control según un programa constante y predecible;
  • Simulación de alta fidelidad para entrenamiento de operadores e ingenieros y para probar estrategias de control;
  • Red de control FTE (Fault Tolerant Ethernet) de alta performance;
  • Redundancia opcional en todos los niveles: servidor, red, controlador y módulos de E/S;
  • Algoritmo para control predictivo;
  • Módulo de E/S universal compacto con instalación y mantenimiento eficientes;
  • Amplia aplicación de constructores de control y HMI;
  • Interface IEC 61850 para integración con el sistema eléctrico en una única plataforma de control/SCADA;
  • Soporte del protocolo IEEE 1588 PTP (Precision Time Protocol) para SOE en toda la planta;
  • Herramienta de reporte para corrección de errores y mantenimiento de sistema;
  • Integración de dispositivos inteligentes con todos los protocolos estándar, tales como HART, field-bus Foundation, PROFIBUS y Modbus;
  • Sistema centralizado de gestión de activos para configuración y mantenimiento en forma remota de dispositivos de campo inteligentes;
  • Integración de PLCs, DCSs, RTUs, accionamientos, sistemas de seguridad y balanzas utilizando capacidades SCADA y servidores OPC;
  • Arquitectura DSA (Distributed Server Architecture) flexible para integración de procesos a través de múltiples unidades, salas de control o ubicaciones geográficamente separadas en pos de una óptima flexibilidad y mantenimiento de sistema;
  • Soluciones de virtualización destinadas a mejorar el desempeño y la confiabilidad en el mundo de la automatización industrial.

Dentro de este contexto, los usuarios podrán correr un sistema batch compatible con S88 totalmente en el controlador, lo que se traduce en operaciones batch más rápidas y más confiables en comparación con un sistema convencional basado en servidor. Las recetas por clase permiten reutilizar las recetas y reducir el costo de ingeniería, mantenimiento y prueba de las recetas.

Las plantas de proceso que implementan el algoritmo de control basado en modelos desarrollado por Honeywell podrán lograr un control óptimo con la ayuda de un modelo de la dinámica de proceso que puede predecir los efectos de los movimientos en la variable controlada. Al anticipar futuros cambios, esta solución de control sabe exactamente cuánto hay que mover el proceso para cumplir con los objetivos deseados de control.

El DCS también soporta bloques de algoritmo personalizados para elaborar algoritmos y estructuras de datos definidos por el usuario para aplicaciones batch.

Esta solución aporta procedimientos y operaciones automatizados para todos los pasos de la producción, lo que permite capturar el conocimiento de operadores expertos e implementar procedimientos consistentes y optimizados. También hace crecer la flexibilidad operativa para conseguir una respuesta más rápida a oportunidades de negocio mientras reduce los costos de una ejecución incorrecta de los procedimientos.

El DCS de Honeywell también ofrece una gama completa de capacidades SCADA, incluyendo configuración basada en equipos para reducir drásticamente el trabajo de ingeniería. Los usuarios finales podrán emplear una biblioteca de objetos estandarizados para construir displays compatibles con ASM, lo que facilita una rápida implementación de proyectos y una operación de planta eficaz. Gracias a la arquitectura fuertemente integrada del sistema, sólo se necesita un servidor o un par de servidores para sistemas DCS y SCADA. No hay costos adicionales de hardware a la hora de integrar funciones SCADA o sistemas de terceros.

La solución de Honeywell permite implementar control centralizado o remoto de segmentos de producción geográficamente separados utilzando su arquitectura DSA. Al no haber necesidad de hardware y redes adicionales para conectar múltiples sistemas de control, los usuarios podrán aprovechar la configuración integrada y una mayor flexibilidad para conseguir el control que quieran tener.

Al integrar el DCS con instrumentos de campo inteligentes, las plantas de proceso podrán obtener más de sus dispositivos inteligentes. Esta estrategia soporta un mantenimiento eficiente gracias a los mensajes de los instrumentos que permiten identificar rápidamente los dispositivos y el trabajo necesario, además de mejorar la seguridad operacional con indicadores de modo de mantenimiento y reportes.

Los operadores de planta se podrán comunicar con un mayor número de dispositivos de campo inteligentes mediante protocolos estándar, tales como PROFIBUS DP y fieldbus Foundation.

Además, podrán aprovechar la integración confiable, flexible y de bajo costo de datos de terceros a través de una interface PCDI (Peer Control Data Interface), en lugar de módulos de interface serie.

Por último, la integración nativa de CDA con un sistema wireless de Honeywell se traduce en un menor costo total de propiedad, menos trabajo de ingeniería a la hora de diseñar, comisionar y mantener un sistema ISA100.11a, y un monitoreo eficiente de activos remotos.

 

Beneficios para los usuarios finales

Gracias a las soluciones DCS escalables y flexibles de hoy en día, los usuarios finales en la industria de procesos podrán extender su alcance en cualquier momento desde control y gestión de proceso para incluir personal y activos e integrar también los recursos de toda la operación de negocio. De esta forma será posible concretar todos los beneficios que promete el control distribuido:

  • Acelerar el comisionamiento y la puesta en marcha;
  • Aumentar la capacidad de producción;
  • Mejorar la reproducibilidad de procesos;
  • Disminuir la variabilidad de proceso y de la calidad;
  • Mejorar la estabilidad y la consistencia a largo plazo;
  • Optimizar la operación sin papel;
  • Simplificar la configuración de control continuo y batch;
  • Facilitar el desarrollo y la verificación de aplicaciones;
  • Minimizar las paradas;
  • Bajar los costos de mantenimiento;
  • Reducir los costos del ciclo de vida;
  • Acelerar el retorno de las inversiones.

 

Conclusión

El sistema de control distribuido ha recorrido un largo camino desde los grandes sistemas propietarios del pasado hasta los escalables de hoy en día que responden a una amplia gama de aplicaciones. Muchas operaciones industriales que normalmente usan PLCs deberían evaluar la posibilidad de ingresar al mundo de las actuales soluciones DCS.

 

Preparado con material suministrado por Honeywell.

Los caudalímetros son cada vez más inteligentes, más pequeños y más especializados.

 

Siguen los avances en caudalimetría
Interfaces WLAN, Bluetooth y de servidor web permiten monitorear, diagnosticar y configurar caudalímetros desde apps en un teléfono inteligente.

 

Durante 2018, algunas tendencias en tecnología de medidores de caudal fueron simples expansiones, actualizaciones y mejoras de la tecnología existente, pero hay dos tendencias que se destacan: avances en el diagnóstico de caudalímetros y la adopción de una tecnología similar a la del teléfono inteligente para mejorar el acceso, las comunicaciones y, en un futuro no muy lejano, los displays incorporados en los caudalímetros.

 

Minicaudalímetros con todas las capacidades

El tamaño de algunos caudalímetros se ha ido reduciendo a lo largo de los años. Ya hay docenas, si no cientos, de caudalímetros compactos, pequeños y relativamente baratos en el mercado.

Es muy probable que los caudalímetros electromagnéticos lideren esta tendencia hacia miniaturización, principalmente por el hecho de que el tamaño del elemento de flujo sólo necesita ser apenas más grande que el caño o tubo por donde circula el líquido conductor.

Se dispone de minicaudalímetros magnéticos (figura 1) para tamaños muy pequeños de cañería de hasta 15 mm. Tales minicaudalímetros son ideales para patines de proceso, donde el espacio suele estar limitado, o en ubicaciones de difícil alcance. Si bien son miniatura, estos caudalímetros incorporan amplias capacidades. Pueden tener salidas 4-20 mA, de pulsos, tipo switch y 2-10 V, como así también conectividad de comunicaciones digitales IO-Link para su integración flexible en sistemas de automatización.

Una interface wireless Bluetooth proporciona acceso directo a datos de proceso y de diagnóstico y le permite al usuario configurar el dispositivo de medición sobre la marcha. Algunos pueden ser operados y configurados en dispositivos Android e iOS a través de una app.

La tendencia hacia la miniaturización seguirá expandiéndose también a otras tecnologías de medición.

 

Siguen los avances en caudalimetría
Figura 1. El minicaudalímetro electromagnético Picomag de Endress+Hauser contiene un sensor y un transmisor en la misma caja.

 

Igual que la mayoría de las tecnologías de medición de caudal, los caudalímetros electromagnéticos ofrecen una medición de caudal volumétrico, pero hay muchas aplicaciones que requieren una medición de caudal másico, y es allí donde se destacan los caudalímetros Coriolis.

 

Medición de caudal másico

Según una investigación de Grand View Research, “el segmento de los caudalímetros magnéticos es el mayor del mercado. Sin embargo, se espera que los caudalímetros ultrasónicos y Coriolis tengan el mayor crecimiento gracias a avances tecnológicos que harán que estos caudalímetros sean altamente confiables y exactos.”

Grand View Research pronostica que el uso de caudalímetros Coriolis crecerá considerablemente. “La amplia adopción de estos caudalímetros en los sectores de petróleo y gas, petroquímica y refinación afectará el mercado de manera positiva”.

Una de las principales razones de este crecimiento es la capacidad de estos caudalímetros de medir caudal másico. Anteriormente, esto tenía un precio excesivo, pero la diferencia de precio entre caudalímetros másicos y caudalímetros volumétricos está bajando, impulsando claramente su uso.

Los caudalímetros ultrasónicos son sin contacto y se pueden usar en cañerías de gran tamaño. En el pasado, los caudalímetros Coriolis se usaban principalmente en cañerías de menor tamaño, pero aquí aparece otra tendencia que es su aumento de tamaño. Hay caudalímetros Coriolis para tamaños de cañería de más de 25 cm, lo que los hace adecuados para aplicaciones de carga y descarga de buques. Y esta tendencia seguirá incursionando en el mercado global de medición de caudal.

Por otra parte, los usuarios reconocen que los medidores Coriolis ofrecen muchas capacidades avanzadas más allá de la medición básica. Hoy en día, la mayoría de los caudalímetros Coriolis no sólo miden caudal másico sino también densidad y temperatura; algunos incluso miden viscosidad. Estos parámetros cualitativos conforman un mundo de posibilidades para los usuarios, y hay una creciente tendencia de ver los medidores Coriolis como analizadores de proceso.

Por ejemplo, en la industria de petróleo y gas, los medidores Coriolis ofrecen una variedad de valores, tales como temperatura en la corrección de referencia API (American Petroleum Institute) de volumen  y densidad, como así también medición de corte de agua y petróleo neto. En la industria de alimentos y bebidas, estas mismas mediciones de densidad y temperatura se pueden usar para derivar Brix, concentración de prueba o porcentual de mezclas binarias, entre otras posibilidades.

Si bien hay una reducción de precio entre las tecnologías de medición de caudal volumétrico y Coriolis, para muchos usuarios, la precisión adicional y la multivariabilidad son factores clave a favor de los medidores Coriolis.

 

Caudalímetros especializados

Antes, cuando una aplicación resultaba particularmente difícil por tratar con productos abrasivos, calientes, fríos o ácidos, o cuando el usuario se sentía renuente a usar caudalímetros convencionales, se especificaba acero inoxidable, cerámica u otros revestimientos para los caudalímetros, esperando que ocurra lo mejor. Esto llevaba muchas veces a fallas prematuras.

Hoy en día, la disponibilidad de materiales exóticos, tales como tantalio, Hastelloy C, Monel, Inconel y otras aleaciones especiales, permite fabricar un caudalímetro que está en condiciones de manejar casi cualquier fluido o gas y responder a necesidades específicas.

Para complicar las cosas, las regulaciones siempre cambiantes emitidas por entes como U.S. Food and Drug Administration (FDA), European Union (EU), American Gas Association (AGA), U.S. Environmental Protection Agency (EPA) y muchas otras, exigen que la instrumentación debe cumplir con un gran número de especificaciones. Por ejemplo, un caudalímetro higiénico debe cumplir con los estándares ASME Bioprocessing Piping and Equipment (BPE), European Hygienic Engineering and Design Group (EHEDG) y 3A, y quizás muestre plena compatibilidad GMP (Good Manufacturing Practices) con procesos estériles, además de soportar operaciones CIP (Clean-in-Place) y SIP (Sterilize-in-Place) y lavados de alta presión. Todo esto requiere un caudalímetro especializado (figura 2).

 

Siguen los avances en caudalimetría
Figura 2. Los caudalímetros Coriolis, como por ejemplo de Endress+Hauser, pueden estar diseñados específicamente para aplicaciones higiénicas.

 

Si bien siempre ha habido caudalímetros especializados, la tendencia es hacia un creciente número de dispositivos para cumplir con las nuevas regulaciones, resolver nuevos problemas de aplicación y llegar a nichos de mercado de menor tamaño.

Gracias a la mejora de las técnicas de manufactura, impresión láser 3D, modelado y simulación por computadora y microelectrónica avanzada, se fabrican ahora caudalímetros especializados mucho más rápido que antes, con lo que quizás lleguen a dominar el mercado en poco tiempo más.

 

Caudalímetros inteligentes cada vez más inteligentes

Hace ya más de diez años que los caudalímetros inteligentes están en el mercado, y cada vez son más inteligentes y capaces de autodiagnósticos y autoverificación.

Autodiagnóstico significa que el caudalímetro puede detectar un problema gracias a un monitoreo continuo de parámetros internos relacionados con sus componentes mecánicos, electromecánicos y electrónicos.

Normalmente, durante la fase de diseño del caudalímetro, se procede a un análisis del modo de falla, efectos y diagnósticos a fin de identificar componentes críticos en la cadena de la señal, comenzando con las partes en contacto con el proceso y siguiendo con los componentes electromecánicos, la tarjeta amplificadora, el módulo electrónico principal y las salidas. Luego se asigna un margen adecuado de seguridad a cada componente o camino crítico.

El firmware en el transmisor monitorea continuamente la cadena completa de la señal en lo que hace a desviaciones. Por ejemplo, si los diagnósticos detectan un error, Heartbeat Technology de Endress+Hauser envía un mensaje de evento conforme la recomendación NE 107 de NAMUR. El evento se muestra en el panel frontal del caudalímetro y puede ser enviado como mensaje a través de un enlace de comunicación digital al sistema de automatización. El mensaje también incluye consejos de búsqueda y resolución de problemas.

Hoy en día, hay caudalímetros con una cobertura de autodiagnósticos del 94% o más (de acuerdo a IEC 61508) y bajas tasas de fallas sin detectar. La gran mayoría de los caudalímetros emplean un tipo similar de autodiagnósticos, pero aparece una nueva tendencia hacia autoverificación.

Según el tipo de industria, los caudalímetros deben ser calibrados periódicamente. Por ejemplo, la industria química requiere ensayos de acuerdo a IEC 61508 e IEC 61511, mientras que en la industria de petróleo y gas se deben respetar los acuerdos contractuales entre comprador y vendedor y que se cumpla con las exigencias gubernamentales.

Pero, ¿por qué sacar un caudalímetro y llevarlo a un laboratorio para calibración si no es necesario hacerlo? Llegamos así a lo que se denomina autoverificación.

La autoverificación se realiza a pedido desde un sistema de automatización o en el propio instrumento. Durante la autoverificación, los diagnósticos realizan chequeos y luego generan un reporte que se puede usar para verificar que el dispositivo todavía está trabajando correctamente. Heartbeat Technology cumple con los requerimientos de una verificación trazable de acuerdo a DIN EN ISO 9001:2008, Sección 7.6a, “Control de equipos de monitoreo y medición”.

Esta tendencia a la autoverificación irá creciendo ya que ahorra tiempo y dinero. La autoverificación en un caudalímetro puede extender los ciclos de calibración por un factor de 10 o más. En algunos casos, incluso es posible reemplazar por completo las calibraciones en operación con autoverificación.

 

Caudalímetros en el contexto de una empresa

En el pasado, los caudalímetros eran cableados de vuelta a un sistema de automatización vía un sistema simple pero limitado que utilizaba cables 4-20 mA en un ducto y/o tendidos en una bandeja de cables. En el sistema de automatización, la única señal de caudal de proceso se utilizaba para controlar y monitorear una unidad o un proceso.

Hoy en día, la tendencia es usar un enlace de datos digital para enviar no sólo la variable de caudal del proceso a un sistema de automatización sino también muchos otros puntos de datos relacionados con otras variables, diagnósticos, calibración, etc.

HART, fieldbus Foundation y PROFIBUS PA/DP han estado en el mercado desde hace muchos años, pero se observa un crecimiento en cuanto a protocolos de Ethernet industrial, tales como EtherNet/IP y PROFINET.

También se dispone de protocolos de transmisión wireless, tales como ISA100 y WirelessHART. Si los caudalímetros no disponen de comunicaciones wireless, se pueden instalar adaptadores para convertir una salida 4-20 mA o HART a WirelessHART.

La microelectrónica moderna permite que los caudalímetros de hoy en día ofrezcan una gran variedad de opciones de comunicación. Un avance reciente es la incorporación de nuevos protocolos para facilitar la conexión a redes de empresa. Por ejemplo, un caudalímetro puede incorporar un paquete de aplicación para servidor OPC-UA que le permita comunicarse con un cliente OPC-UA y ser integrado en aplicaciones IIoT. Esto se consigue conectando el caudalímetro mediante una red LAN o WLAN, lo que permite que el DCS o el PLC esté dedicado a la función de control, mientras este camino adicional de comunicación puede estar dedicado a diagnóstico, monitoreo y/o reporte.

De esta forma, los caudalímetros podrán enviar ahora, lo que alguna vez fue un procedimiento complejo, información de caudal y estado a sistemas SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), CMMS (Compute­rized Maintenance Management System), ERP (Enterprise Resource Planning) y otras redes a nivel de empresa. Con estas nuevas capacidades de comunicación, el software puede acceder fácilmente a los datos que necesita directamente desde el propio dispositivo.

En el futuro, serán cada vez más los caudalímetros con conexión directa a redes de empresa.

 

Siguen los avances en caudalimetría
La línea Endress+Hauser de caudalímetros Coriolis y electromagnéticos viene con interfaces 4-20 mA HART, PROFIBUS PA, fieldbus Foundation, Modbus, EtherNet/IP o PROFINET, además de las capacidades recientemente incorporadas de servidor web, WLAN y LAN para conectarse directamente con la empresa.

 

Capacidades wireless

También la tecnología móvil está incursionando en el mundo de los caudalímetros. Los caudalímetros de hoy en día pueden tener capacidades wireless, Bluetooth y servidor web, lo que significa que es posible acceder a, probar, configurar y diagnosticar caudalímetros desde teléfonos inteligentes, tablets y dispositivos portátiles.

El futuro verá la incursión de la tecnología del teléfono inteligente. Por ejemplo, muchos displays incorporan ahora ‘botones’ ópticos o infrarrojos de modo que el mantenimiento pueda interactuar con los dispositivos a través de la cubierta, lo que permite su operación en áreas peligrosas y garantiza que la caja permanezca sellada respecto de los efectos ambientales, tales como humedad y lluvia.

También se seguirá viendo una mejor interacción con los caudalímetros, acercándonos a la forma en que interactuamos con otros teléfonos inteligentes y tablets.

 

Preparado en base a una presentación de Nathan Hedrik, de Endress+Hauser.

En muchas plantas de proceso, el mantenimiento de la instrumentación (figura 1) se puede dividir en dos categorías. La primera es ‘demasiado poco, demasiado tarde’, en cuyo caso la instrumentación falla por la ausencia de mantenimiento preventivo, muchas veces acompañado por una parada del proceso. La segunda categoría es ‘demasiado mantenimiento’, donde las empresas remueven, calibran, limpian y brindan servicio a instrumentación que no lo necesita, con un alto costo en lo que hace a partes, mano de obra y tiempo de parada de los equipos.

Hoy en día, algunos proveedores de instrumentos ofrecen capacidades y servicios que ayudan a los usuarios finales a gestionar el mantenimiento utilizando diagnósticos online, gestión de activos, programación adecuada de tareas de mantenimiento y alertas automáticas cuando surgen problemas.

A continuación se describe de qué manera se pueden aprovechar estas tecnologías para simplificar el mantenimiento, reducir costos, reducir inventarios de partes y evitar fallas inesperadas en los equipos.

 

Figura 1. La instrumentación moderna brinda información de diagnóstico y estado para el mantenimiento preventivo de una planta.

 

Instrumentación con autodiagnósticos

Los caudalímetros y otros instrumentos de proceso han estado disponibles por años en versiones ‘inteligentes’, ofreciendo información vital para mantenimiento.

Por ejemplo, los dispositivos HART de 4-20 mA están en el mercado desde los años ‘80. HART superpone 35 a 40 parámetros digitales a la señal de 4-20 mA, que puede incluir estado del dispositivo, alertas de diagnóstico, parámetros de configuración, etc. Los instrumentos fieldbus ofrecen gran parte de la misma información a través de distintos protocolos, tales como EtherNet/IP y PROFIBUS PA.

Desafortunadamente, más del 60% de los instrumentos se usan sólo para medir la variable de proceso primaria, donde el estado y los datos de diagnóstico son ignorados por el sistema de control. Los técnicos de mantenimiento muchas veces tienen que acceder a los datos con dispositivos portátiles que se enchufan en el caudalímetro. La ausencia de comprensión, capacitación y un software útil para procesar los datos quizás pueda explicar el hecho de que los departamentos de mantenimiento no aprovechan esta capacidad.

Los proveedores de instrumentos pudieron reconocer el problema, lo que los llevó a incorporar en sus caudalímetros y otros dispositivos los diagnósticos a bordo, información de estado y otros parámetros secundarios que necesita el personal de mantenimiento, además del software imprescindible para lograr que todos estos datos sean fácilmente accesibles y utilizables.

Por ejemplo, los caudalímetros de Endress+Hauser incorporan la tecnología Heartbeat, que proporciona una gran cantidad de información de estado y diagnóstico, además de desempeñar funciones vitales, tales como monitoreo de condiciones y verificación in situ.

El monitoreo de condiciones reconoce un posible deterioro en el desempeño de la medición o en la integridad del caudalímetro. Los valores de monitoreo son transmitidos a un sistema de monitoreo de condiciones externo, que se puede usar para reconocer tendencias en los valores secundarios medidos y para evaluar relaciones entre parámetros individuales.

Las normativas muchas veces exigen que los caudalímetros u otros instrumentos sean calibrados periódicamente. Por lo general, esto se lleva a cabo retirando el caudalímetro del proceso, llevándolo a un laboratorio de caudal o instalación de calibración, y comparándolo cuantitativamente con un patrón trazable.

En los instrumentos modernos, la electrónica del transmisor del caudalímetro realiza continuamente una evaluación cualitativa para verificar todos los componentes relevantes que afectan la función y la integridad del dispositivo. Esto confirma y puede documentar mediante verificación que ningún componente del medidor tiene una deriva fuera de las tolerancias de calibración originales. La posibilidad de extender la frecuencia de calibración del caudalímetro se traduce en importantes ahorros en cuanto a mano de obra y paradas de proceso.

 

Figura 2. Los programas de gestión de activos proveen manuales de equipos, listas de partes y demás información a dispositivos portátiles, tales como Field Xpert SMT70 de Endress+Hauser.

 

Gestión de mantenimiento

La instrumentación moderna ofrece información de estado y diagnóstico, pero procesar todos estos datos suele ser un problema. Además, el sistema de control se cargaría con datos irrelevantes para su tarea primaria, esto es control de proceso en tiempo real.

Dentro de este contexto, los fabricantes de instrumentos desarrollaron paquetes de software que realizan todas estas funciones. Hay dos categorías de paquetes: programas de gestión de instrumentos, que analizan la información en tiempo real proveniente de la instrumentación, y un software de gestión de activos, que se encarga del seguimiento de cada instrumento en la planta y guarda datos vitales, tales como manuales y listas de partes.

Los programas de gestión de instrumentos realizan varias funciones para los departamentos de mantenimiento:

  • Configuración – Colaboran con el mantenimiento a la hora de configurar una nueva instrumentación durante la instalación inicial o cuando se reemplaza un instrumento existente.
  • Monitoreo de condiciones – Analizan datos en tiempo real provenientes de instrumentación, detectan problemas y notifican al departamento de mantenimiento cuando un dispositivo necesita atención con antelación a una falla.
  • Gestión del ciclo de vida – Hacen un seguimiento del ciclo de vida completo de un instrumento, desde configuración inicial a calibraciones y reparaciones, y proveen información para auditorías y regulaciones de seguridad.

Si bien un fabricante de instrumentos puede proveer información para sus propios instrumentos, ¿qué hay acerca de los demás instrumentos de otros fabricantes en una planta? Afortu­nadamente, la estandarización en la industria de instrumentación hace posible disponer de esa información.

Hoy en día se dispone de archivos DD (Device Description), EDDL (Enhanced Device Description Lan­guage), DTM (Device Type Manager) y configuraciones HART y fieldbus Foundation de todos los fabricantes, que se pueden acceder desde distintos websites y luego cargarlos en el programa de gestión de instrumentos.

 

Gestión de activos

Cuando una planta tiene miles de instrumentos, hacer un seguimiento de manuales, listas de partes, reportes de auditoría, programas de mantenimiento y demás información puede convertirse en una pesadilla. Un programa de gestión de activos de mantenimiento recopila toda esta información, la digitaliza y la pone a disposición de los técnicos de mantenimiento por medio de dispositivos portátiles (figura 2).

Por lo general, un programa de gestión de activos ofrece:

  • Manuales de instrumentos – Los manuales modernos están disponibles en formato digital y se descargan fácilmente en la base de datos, mientras los anteriores manuales en papel pueden ser escaneados.
  • Listas de partes – Igual que los manuales, las listas de partes pueden ser descargadas o escaneadas.
  • Cumplimiento – El software hace el seguimiento de todas las actividades de los instrumentos, o sea calibraciones, verificaciones y mantenimiento realizado, para cumplir con las regulaciones vigentes.
  • Documentación y reportes – El software puede producir auditorías y reportes que cumplen con los distintos patrones.
  • Gestión de mantenimiento – Determina el momento en que los instrumentos necesitan recibir servicio, ser calibrados o verificados, y lo notifica a mantenimiento.
  • Comunicaciones – El software puede compartir datos con otros programas de gestión de mantenimiento, historizadores, hojas de datos, etc.

Esta información puede ser guardada en el sitio o en la nube, donde se la accede desde una estación de trabajo (figura 3) o un dispositivo portátil.

 

Figura 3. Es posible acceder a datos de instrumentos con un software de gestión de activos, por ejemplo el programa W@M de Endress+Hauser, desde estaciones de trabajo o dispositivos portátiles.

 

Análisis de la base instalada

Muchas plantas no disponen de suficiente información acerca de su base instalada de instrumentos y analizadores de proceso; además, con el tiempo, las plantas se modifican y los instrumentos cambian, empeorando la situación.

Una de las mejores maneras de abordar este problema es implementar un programa de gestión de mantenimiento, normalmente con la ayuda de un proveedor importante de instrumentos. La mayoría de estos proveedores pueden ir a una planta de proceso, realizar una evaluación de la base instalada de instrumentación y ofrecer recomendaciones de gestión acerca de lo que hace falta para mejorar una determinada situación.

Por ejemplo, un análisis de la base instalada consiste de:

  • Inventario de instrumentos – Rastrea y lista todos los dispositivos del sitio para una futura transparencia, sin importar el fabricante.
  • Evaluar la criticidad y mantenibilidad de los dispositivos – Define y clasifica puntos críticos de medición y su mantenibilidad para garantizar que las tareas de mantenimiento puedan realizarse de manera fácil y efectiva.
  • Recomendar una estrategia adecuada de mantenimiento – Evalúa las actividades actuales de mantenimiento y recomienda mejoras para llegar a un programa de mantenimiento balanceado.
  • Identificar equipos obsoletos – Incluye un plan de migración para modernizar la planta,
  • Reducir la complejidad – Incluye recomendaciones para estandarizar la instrumentación y minimizar los repuestos.

Una vez finalizada la evaluación, el proveedor de instrumentos podrá elaborar recomendaciones con información clave para la toma de decisiones relevantes respecto de mejoras en mantenimiento y calidad, obsolescencia y gestión de repuestos para los respectivos activos de la base instalada.

 

Sumario

En las plantas de proceso, la instrumentación moderna y las estrategias afines de mantenimiento tienen una importancia decisiva a la hora de realizar el mantenimiento preventivo, eliminar paradas de proceso a causa de instrumentos que fallan y ahorrar tiempo y dinero evitando actividades de mantenimiento innecesarias.

La implementación de un sistema de gestión de instrumentación puede ser una tarea abrumadora, pero se puede recurrir a los proveedores de instrumentos para recibir asistencia en caso de necesidad.

 

Preparado en base a una presentación de Jon Dietz, gerente de servicio de campo en Endress+Hauser.

¿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.

¿Sus activos críticos se desempeñan de la mejor manera? ¿Una parada no planificada debilita los resultados de su empresa? ¿Qué se puede hacer para mejorar la eficiencia de activos y procesos? Deje de reaccionar y comience a predecir, reexaminando lo que se consigue con los enfoques tradicionales de gestión del desempeño de activos.

 

Descubra el poder de los activos conectados

 

Todos estamos de acuerdo en que la disponibilidad y el desempeño de los activos, frente al control de costos de mantenimiento y las paradas programadas, son los factores que contribuyen a lograr una mejor productividad. El desafío que se plantea es definir cómo se equilibran estos factores.

Comprender la estrategia es el primer paso. Una estrategia de gestión del desempeño de activos (APM según sus siglas en inglés) es la dirección correcta cuando se la compara con el método tradicional reactivo de ‘funcionar hasta que falle’.

La APM tradicional ha estado enfocada en reducir el riesgo y el costo de confiabilidad y mantenimiento de los equipos utilizando básicamente métodos convencionales de monitoreo de activos. La implementación de una APM tradicional es considerada compleja y costosa y, en consecuencia, se la implementa sólo en activos de mucho capital. Al mismo tiempo, mantener un tal sistema actualizado y seguro requiere una inversión importante en IT y experticia operacional y suele involucrar múltiples proveedores. Además, a pesar de los datos valiosos que generan estos sistemas, suelen estar desconectados y no sirven para que los gerentes de planta puedan tomar decisiones convencidos de cómo operan.

 

Una APM más inteligente

Si bien la mayoría de las plantas operan de manera eficiente, siempre hay oportunidades de mejora, especialmente cuando la producción implica muchos activos o hay restricciones de capacidad, o si es imperioso aumentar los márgenes de ganancia. 

Para evaluar esta situación, hay que responder a algunas preguntas:

  • ¿Hasta dónde llega el impacto económico de un desempeño subóptimo de los equipos?
  • ¿Conviene bajar el rendimiento para extender la vida de los equipos críticos? ¿O se debería exprimir aún más los equipos existentes para maximizar la respuesta a las demandas de producción actuales?
  • ¿Hay un exceso de inspección de ciertas piezas de los equipos que se puede reducir para ahorrar en el presupuesto de mantenimiento?
  • ¿Es posible que los potenciales ahorros en el costo de mantenimiento sean superados por las pérdidas (estadísticas) causadas por posibles paradas no programadas?

Tener una conectividad segura con un mayor conjunto de activos, monitorear continuamente tanto la salud de los activos como el desempeño del proceso, y la capacidad de combinar analítica predictiva con experticia de dominio, se traducen en una APM más inteligente y garantizan una toma de decisiones más convencida.

Una estrategia de APM digitalmente transformada y conectada mejora la certidumbre de la producción, aumenta las ganancias al eliminar silos y cierra el lazo entre operaciones y mantenimiento.

Para extender el tiempo de operación es necesario reunir datos de activos, datos de proceso y ajustes operacionales en un entorno conectado y seguro. En este contexto, los expertos en activos y procesos podrán usar analítica para eliminar paradas no programadas y optimizar el mantenimiento de los equipos.

Mientras se evalúa la situación, es importante tener en cuenta que proceso y equipos son inseparables. Las fallas de los equipos no pueden ser completamente analizadas, pronosticadas o reducidas mirando sólo los datos de medición de activos. La confiabilidad de un activo depende de comprender cómo está operando un proceso y si al activo se lo mantiene de manera óptima. En definitiva, las fallas de los equipos inducidas por operación y mantenimiento explican la mayoría de las paradas no programadas.

Los mejores niveles de desempeño y eficacia de los equipos son el resultado de combinar conocimiento de proceso con experticia en equipos dentro de un ecosistema de software colaborativo y conectado.

 

Conceptos básicos de una estrategia de desempeño de activos conectados

Hay varios factores a tener en cuenta a la hora de planificar una estrategia de desempeño de activos conectados:

  • Darse cuenta de que la APM está experimentando rápidamente una transformación digital. Una APM tradicional requiere una gran inversión de capital, interfaces personalizadas y conjuntos de datos duplicados. También suele estar acompañada por una administración de sistema compleja, actualizaciones y el imprescindible entrenamiento del usuario final, todo lo cual puede desalentar posibles mejoras y sobrecargar los recursos de una planta.
  • Aprovechar la simplicidad y velocidad del software conectado trabajando con un proveedor que posea una profunda experticia en el tema para acelerar la implementación de APM. El tiempo de implementación se debe medir en días o semanas y no meses o años. Hay que pensar en un enfoque que mezcle conectividad segura, analítica avanzada y configuración automatizada de software.
  • La ciberseguridad no es opcional. Las amenazas de ciberseguridad están por doquier y van creciendo. No puede haber excepciones; la estrategia de desempeño, operación o automatización de cada activo debe involucrar métodos de seguridad amplios y escrupulosos.
  • La gente es la inversión más importante. El mejor software APM del mundo sirve tan sólo como guía para lo que se deba hacer. Las mejoras no se concretan sin supervisores, ingenieros y operadores capacitados para mantener y operar los equipos. La próxima generación de profesionales en la industria de procesos gestionará la planta de un modo totalmente diferente, aprovechando el software conectado para mejorar las operaciones más allá de lo logrado hasta ahora.

De esta forma, el usuario podrá evitar fallas de activos críticos y paradas no programadas y mejorar los resultados implementando una estrategia de gestión de desempeño de activos conectados. Con las tecnologías adecuadas, el personal de planta podrá colaborar de manera más eficaz para monitorear y gestionar proactivamente la producción. Desplegar una estrategia de APM inteligente y conectada simplificará la implementación, eliminará los silos y cerrará el lazo para optimizar operaciones y mantenimiento.

 

Asset Performance Insight

No es que los activos mueran, sino que se los mata.” Es lo que opina Dan O'Brien, director de estrategias y comercialización de Honeywell Connec­ted Plant. Los operadores pueden matar sus activos si no entienden los signos tempranos de falla. "La posibilidad de eliminar alarmas de consola e interrupciones mejora la confiabilidad y disminuye las paradas no programadas."

Asset Performance Insight es una nueva herramienta de la familia Honeywell Connected Plant que conecta los activos y equipos de una operación a la nube y aplica modelos analíticos para respaldar a sus clientes para comprender mejor la salud de sus activos a fin de evitar paradas no programadas y mantenimiento innecesario.

La nueva tecnología permite conectar un mayor número de activos, lo que lleva a IIoT a otro nivel. Según O’Brien, “IIoT, durante años, tuvo que ver con conectividad. Pero ahora la conectividad dejó de ser el problema. Es acerca de cómo usar esa conectividad con una mayor gama de activos y un mayor número de operadores utilizando una mayor variedad de analítica.

La analítica predictiva no se refiere a información temporal absoluta, sino que es una proyección a futuro que permite entender el desempeño del activo en el contexto de lo que se hace con el activo,” explicó O’Brien.

Con ese objetivo en mente, la industria ha incorporado últimamente estrategias de gestión del desempeño de activos, que son críticas para responder al aumento de las demandas de producción y ante la necesidad de una mayor disponibilidad de datos de dispositivos en todas las instalaciones. Debido al aumento de la demanda, cualquier parada no programada, falla de equipos o mantenimiento innecesario impacta directamente en los resultados finales de una empresa.

Con referencia a la muerte de los activos, las fallas de los equipos, tanto operacionales como las inducidas por el mantenimiento, explican la mayoría de las paradas no programadas. Por esta razón, las empresas recurren a una transformación digital y a la Internet Industrial of Things (IIoT) para aprovechar las enormes cantidades de datos disponibles.

Asset Performance Insight conecta no solo activos y sus datos asociados, sino también gente y procesos. Es un concepto que cubre toda la empresa. Otras incorporaciones recientes en esta dirección son Immersive Competency, que combina una mezcla de realidad con analítica de datos para conformar una herramienta de simulación basada en la nube destinada a capacitación y entrenamiento, y los detectores de gas portátiles Personal Gas Safety, que se integran con Experion Process Knowledge  System de Honeywell.

Asset Performance Insight puede ser implementado rápidamente por medio de templates preconfigurados, que reúnen conceptos avanzados de conectividad, ciberseguridad, conocimiento de gente y de proceso.

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.

Automatización de válvulas.
Automatización de válvulas.

 

Aunque pareciera que la industria de automatización de válvulas ha permanecido relativamente sin cambios a lo largo del tiempo, lo cierto es que no hay nada más alejado de la realidad. La verdad es que han ocurrido numerosos cambios en la automatización de válvulas en los últimos 15 ó 20 años, y entre los más importantes se puede mencionar el creciente uso de posicionadores de válvula digitales.

Sin lugar a dudas, la tecnología digital ha cambiado drásticamente el mundo en muchos aspectos, y la automatización de válvulas no ha sido inmune a esos cambios. Como resultado, muchas plantas tienen hoy la oportunidad de aprovechar los beneficios que ofrece la automatización digital de válvulas.

Otro cambio importante en automatización de válvulas es la capacidad de comunicación inalámbrica (wireless). Gracias a la tecnología wireless, se han desarrollado aplicaciones de monitoreo que mejoran los niveles de confiabilidad, seguridad, cumplimiento ambiental, mantenimiento e incluso eficiencia personal.

Sistema de sensado remoto wireless SignalFire.
Sistema de sensado remoto wireless SignalFire.

 

Al respecto, cabe señalar que hay dos tipos básicos de control: de lazo abierto y de lazo cerrado. En ambos casos, es posible ahora reducir el tiempo de alineación, minimizar la exposición del operador a productos químicos y escaleras que plantean riesgos y evitar errores humanos que podrían llevar a pérdidas de producción y derrames ambientales. 

Gracias a la automatización wireless de válvulas, es mucho más fácil incorporar válvulas automatizadas durante la fase de planificación de un proyecto.

Hay distintos tipos de automatización de válvulas, cada uno con sus servicios específicos según industria y trabajo involucrado. Incluye actuadores eléctricos, actuadores hidráulicos, actuadores neumáticos, actuadores manuales, límites de carrera, posicionadores, capacidades de conexión en redes, etc. 

Entre los beneficios más inmediatos que los usuarios podrán obtener de la automatización digital de válvulas es la capacidad de autocalibración. 

También cabe mencionar la posibilidad de capturar datos de una manera mucho más fácil utilizando un microprocesador. Las capturas básicas de datos incluyen temperatura ambiente, presión de operación, cuenta-recorrido de válvula y el histograma. Si bien esta clase de datos ya estaba disponible con productos analógicos, pasar a la tecnología digital los mejora gracias a una mayor realimentación del posicionamiento.

Posicionador digital Logix 420. Ofrece un comisionamiento rápido y un control exacto y confiable.
Posicionador digital Logix 420. Ofrece un comisionamiento rápido y un control exacto y confiable.

 

La interface de operador ofrece numerosas opciones. Los sistemas de bus y los teclados locales son ejemplos más que evidentes. De esta forma, el operador tiene la capacidad de realizar cambios rápidos, exactos y eficientes en una gran variedad de parámetros, tales como tiempo de cierre, tiempo de apertura, características de caudal y banda muerta.

La tecnología de sistemas de bus ha avanzado bastante hoy en día, y es allí donde muchos usuarios encuentran que la tecnología HART ofrece un buen número de beneficios. Se consigue un diseño más robusto y sencillo, además de una portabilidad de dispositivos que es considerada sumamente atractiva en muchas industrias.

A la hora de implementar una nueva estrategia de automatización de válvulas en una instalación ya existente, es importante comparar y evaluar los distintos factores que intervienen antes de elegir el tipo correcto de automatización de acuerdo a las necesidades. De esta manera, se podrá determinar qué sirve y qué no sirve en un entorno específico. 

Al mismo tiempo, además de considerar las capacidades necesarias en el corto plazo, también conviene pensar acerca de las futuras necesidades. De esta forma, no se verá ‘golpeado’ por gastos adicionales a la hora de implementar nuevas características más adelante. También recuerde que, si bien el precio inicial es importante, no debe ser el factor definitivo en la toma de decisiones, ya que también hay que considerar e incluir el mantenimiento emergente.

 

Las imágenes que acompañan esta nota son gentileza de Esco Argentina S.A.

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.

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