La automatización del piso de planta necesita informática de borde
Siemens Industrial Edge combina hardware y software con mecanismos de tecnología de nube. De esta forma, integra las ventajas del procesamiento de datos local y en la nube.

 

Todos sabemos que IIoT está generando un enorme volumen de datos. Si bien esto podría significar oportunidades de negocio, también significa dolores de cabeza: poca capacidad de almacenamiento, redes sobrecargadas e incapacidad de examinar los datos lo suficientemente rápido como para llegar a conclusiones correctas.

La informática de borde ofrece una solución a estos problemas, ya que aporta potencia de procesamiento, memoria e incluso algo de almacenamiento en el borde de la red. Después de todo, es allí donde residen los dispositivos y sensores IIoT. Además, disponer de potencia de procesamiento en la periferia de la red permite recolectar y analizar datos, detectar anomalías e impulsar la toma de decisiones.

De acuerdo a un reciente documento de Frost & Sullivan, son muchos los beneficios a conseguir en un entorno de manufactura. El análisis de datos, por ejemplo, es mucho más rápido a nivel de dispositivo local. La alternativa es transmitir todos los datos de sensores y dispositivos de borde a través de la red a la nube o al centro de datos mediante un enlace satelital o cableado. De cualquier manera, se consume demasiado tiempo enviando, procesando e interpretando los datos haciéndolo de manera centralizada. Además de latencia, esto sobrecarga las infraestructuras centralizadas y genera cuellos de botella. El análisis en tiempo real sólo se puede lograr con procesamiento en el borde.

¿Y qué hay acerca de los costos? Cuánto más datos se tengan que transportar a través de una red, más ancho de banda se requiere. Y con la explosión de los volúmenes de datos en los próximos años debido a IIoT, una estrategia de procesamiento centralizado podría llevar a que los costos de conexión en red se descontrolen. Es posible contener los costos operativos o de gestión de datos permitiendo que los datos residan en un dispositivo de borde. Esto, además de minimizar los costos de infraestructura para la transmisión de la red, también simplifica la tarea (y el costo) de someter esos datos a análisis.

Hay otro beneficio adicional que merece ser mencionado. IIoT genera enormes cantidades de datos, pero tan sólo una pequeña fracción tiene un valor real. Al examinar y resumir los datos en el borde, el análisis básico puede ayudar en la automatización de tareas. Y la transmisión de red puede quedar reservada sólo para los datos más importantes. De esta forma, los servidores y otros dispositivos inteligentes en el borde podrán reducir la carga sobre una infraestructura centralizada y eliminar la necesidad de actualizaciones extensas para responder a un aumento exponencial en el tráfico.

Está claro que enviar datos de sensores IIoT hacia y desde la nube o centro de datos lleva mucho tiempo, es costoso y poco práctico. Hoy en día, cada segundo es importante y la ralentización causada por el movimiento de datos equivale a pérdida de dinero.

Frost & Sullivan recomienda, a la hora de implementar informática de borde, empezar de a poco, probar su valor y luego escalar. Otros consejos se refieren a:

  • Realizar iteraciones frecuentes para alinear la informática de borde y la infraestructura asociada con los procesos de negocio para garantizar la obtención de los conocimientos correctos en el momento oportuno. Además, a medida que evolucione la tecnología y haya más potencia de procesamiento disponible, volver a examinar las arquitecturas de borde puede aportar capacidades adicionales.
  • Capacitar al personal de informática en tecnologías de borde e IIoT para maximizar su valor.
  • Asegurarse de que las interfaces de los dispositivos estén configuradas de forma segura con controles de acceso adecuados y seguridad física.
  • Conectar activos a la Internet agregando sensores, comenzando con sistemas como SCADA y MES.
  • Invertir en infraestructura de borde ahora en lugar de seguir desplegando arquitecturas tradicionales que pueden quedar obsoletas en un año o dos debido a la ausencia de una funcionalidad IIoT y a su incapacidad de proveer conocimientos localizados.

Hoy en día, al implementar informática de borde, las empresas están abriendo su camino hacia una verdadera manufactura digital. Una vez que los sensores y dispositivos IIoT comiencen a alimentar la informática de borde con datos, será posible establecer una toma de decisiones autónoma, o sea inteligencia artificial o basada en ciertos parámetros y reglas preprogramados, y realizar acciones de rutina sin participación humana. Las decisiones más importantes quedarán a cargo del operador.

También se podrán reducir considerablemente las fallas y los incidentes peligrosos con alertas oportunas generadas por los dispositivos de borde.  Analizando de forma remota los datos del sitio, el borde podrá desempeñar un rol vital para pronosticar desastres y prevenir catástrofes.

Del mismo modo, se podrán mejorar las prácticas de mantenimiento predictivo mediante la implementación de analítica de borde. Los sensores IIoT aportarán capacidades de monitoreo a la hora de vigilar la condición de los componentes y la salud general de los activos. También se podrán generar alertas para señalar áreas con problemas potenciales, lo que reduciría considerablemente las paradas no programadas.

Hoy en día, los sistemas de automatización industrial están a la vanguardia de la transformación digital. Estos sistemas necesitan de la adaptabilidad y la agilidad que brinda la informática de borde. Los sistemas de planta, al incorporar cada vez más sensores, dispositivos habilitados por IIoT y equipos de informática de borde, abren la puerta a una nueva era en manufactura. 

 

Preparado en base a un documento de Siemens.

Hacer realidad la transformación digital

 

La visión de una transformación digital

Un nuevo grupo de negocios de Emerson, Digital Transfor­mation, fue anunciado durante el reciente Emerson Global Users Exc­hange 2019, y reúne los recursos críticos necesarios para desarrollar e implementar estrategias pragmáticas de transformación digital en pos de una performance Top Quar­tile y resultados mensurables. Combina la experticia ya existente en consultoría, ejecución de proyectos, tecnologías de sensores inteligentes, gestión y analítica de datos, todo lo cual conforma el Plantweb Digital Ecosystem de Emerson. También incluye:

  • Operational Certainty Consulting – Estrategias e implementación de hojas de ruta a nivel de instalaciones y de empresas para mejorar métricas de confiabilidad, seguridad, producción y utilización de energía;
  • Operational Analytics – Amplio portafolio de diagnósticos predictivos y analítica avanzada, que ofrecen información sobre la salud y el desempeño de activos operacionales;
  • Industry Solutions – Profunda experticia específica a cada industria en soluciones relacionadas con KPIs;
  • Pervasive Sensing – Amplia gama de dispositivos inteligentes conectados y fáciles de implementar, incluyendo instrumentos wireless;
  • Project Management – Las mejores prácticas, herramientas y recursos para implementar proyectos de transformación digital.

"Hay mucha expectativa y confusión en torno a la transformación digital, su impacto y cómo está progresando. La gente quiere saber qué es real y cómo comenzar. Necesita aclaraciones para desarrollar soluciones prácticas, por lo que tenemos que definir la transformación digital como el conjunto de tecnologías inteligentes y conectadas que se utilizan para resolver problemas, involucrando por lo general cambios en las prácticas de negocio", explicó Stuart Harris, presidente del grupo de transformación digital, de Emerson Automation Solutions. "La transformación digital debe estar guiada por problemas específicos, pero no funcionará a menos que se involucre gente y se adopten las tecnologías apropiadas".

Harris destacó cinco características principales de una transformación digital que permitirán a los operadores desempeñarse de la mejor manera. Esto incluye flujos automatizados de trabajo, soporte de decisiones, capacitación de la fuerza laboral, movilidad y gestión de cambios.

Por su parte, los tres factores críticos que hacen al éxito de una transformación digital son las decisiones tecnológicas basadas en resultados de negocio, un concepto escalable, guiado por la visión en lugar de hacerlo todo de una sola vez, e inversiones en tecnología que sean vistas también como inversiones en la gente.

"Sin embargo, estamos todavía en una etapa crítica ya que, a pesar de que muchas empresas ya se han decidido por buscar transformaciones digitales, no saben por dónde comenzar y podrían sentirse frustradas", comentó Harris. "Algunas empresas han implementado programas piloto, mientras otras ya obtienen beneficios iniciales, pero todos necesitan conectar sus negocios y estrategias de transformación digital con las aplicaciones prácticas. La estrategia y los casos de negocio son lo primero en que se piensa en una transformación digital, no en la tecnología. Una vez capturado el retorno de la inversión (ROI) de una determinada solución, se la puede escalar en toda la empresa".

Harris explicó que los usuarios pueden emplear las capacidades de transformación digital de Emerson para implementar proyectos, lo que incluye confiabilidad de equipos y sistemas, seguridad de procesos, optimización de producción, monitoreo de energía, mantenimiento, monitoreo de corrosión, etc.

"En Emerson, el negocio de Transformación Digital ofrece ingeniería y soluciones para resolver problemas conocidos. El inconveniente inicial para muchos usuarios es tratar de introducir un enfoque radical para la transformación digital que apunte a resolver todo de una sola vez, invertir en tecnología sin considerar primero los problemas u objetivos específicos y, muchas veces, se quedan sin retorno de la inversión y se sienten frustrados", explicó Harris.

Una vez que las iniciativas de transformación digital definen sus problemas/soluciones y objetivos, se deberán desarrollar pruebas de concepto y proyectos piloto que puedan demostrar algo de ese retorno de la inversión tan necesario, comentó Harris. Esto, además de promover un mayor compromiso e inversión, servirá para escalar sus soluciones a muchas otras aplicaciones donde se podrán lograr ventajas y beneficios similares.

"Muchos proyectos piloto de transformación digital se pueden comenzar con 50.000 a 100.000 dólares en uno o pocos procesos, probarlos y luego escalarlos a muchos procesos, ahorrando millones o decenas de millones de dólares", indicó Harris. "En Emerson hemos aprendido que la transformación digital es urgente ya que permite a los usuarios lograr una performance de Top Quartile, sumar dos semanas más de tiempo de operación, recortar incidentes de mantenimiento a la mitad o reducir los incidentes de seguridad en un 30%".

Pero más allá de especificar problemas, objetivos y tecnologías, la transformación digital requiere del compromiso profundo y continuo de la gente, especialmente en el piso de planta, explicó Harris. "El soporte a nivel gerencial es clave y también el aporte de la informática, pero lo más importante es lograr que el personal de operaciones se involucre ya que posee el conocimiento de dominio en lo que hace a dónde es mejor aplicar la transformación digital", agregó.

 

Hacer realidad la transformación digital
La analítica operacional de Emer­son permite implementar soluciones para distintos tipos de problemas, desde simples hasta muy complejos, con un gran impacto a nivel negocio. El proceso requiere priorizar la oportunidad de negocio que la analítica puede resolver, eligiendo las herramientas analíticas adecuadas, y luego conectar con la gente que corresponde para actuar.

 

Analítica: Clave en el camino de digitalización

Hoy en día, de acuerdo a un sinnúmero de artículos, estudios y documentos, la analítica es considerada como ‘un recurso clave’ en cualquier aplicación de negocio, desde optimización de la cadena de suministro hasta distribución y más allá. Sin embargo, esta abundancia de novedades e información también ha dificultado su implementación.

La analítica significa una gran oportunidad, pero también bastante confusión. Emerson es partidario de un enfoque práctico y pragmático,” comentó Peter Zornio, CTO de Emerson Automation Solutions, durante el reciente 2019 Emerson Global Users Exchange.

Según Gartner Group, la analítica tiene el potencial de promover un enorme crecimiento en la manufactura industrial. Pero los posibles usuarios están confundidos, planteando cuestiones como: ¿dónde empezar?, ¿qué proveedor consultar?, ¿qué tipo de modelo aplicar y dónde?, ¿qué tipo de problemas puede resolver? y de qué manera la analítica operacional (OT) se puede integrar con la informática (IT).

La analítica operacional que ofrece Emerson apunta a la mayor fuente de valor de la industria: el proceso de producción en sí. Esta analítica con conocimiento de dominio incorporado puede mejorar el desempeño de equipos sencillos, activos complejos y unidades de proceso, e incluso plantas enteras de producción.

Lo recomendable es abordar primero problemas conocidos de gran impacto. Según Zornio, “al usar modelos probados para hacer accesible la analítica al personal responsable del desempeño de activos, los usuarios podrán actuar rápidamente para resolver problemas en menos tiempo. Por ejemplo, las soluciones de Emerson pueden detectar y abordar en tiempo real el 80% de los modos de falla de equipos que contribuyen a la pérdida de producción en una planta.”

La analítica puede ser de dos tipos: tradicional y basada en datos. “La analítica tradicional está basada en principios, donde el usuario conoce los mecanismos,” comentó Zornio. El usuario sabe que los equipos y unidades están diseñados de una cierta manera, por lo que esta analítica puede estar basada en reglas: si algo va mal, el usuario probablemente sepa la causa, por ejemplo, mediante un análisis FMEA (Failure Modes and Effects Analysis).

La analítica basada en datos construye un modelo a partir del análisis sin conocer la física, usando tan sólo análisis estadístico estándar. Según Zornio, “es allí donde los avances en informática han promovido machine learning, ampliado el reconocimiento de patrones y establecido correlaciones matemáticas.”

Emerson ofrece machine learning e inteligencia artificial que permiten identificar nuevos descubrimientos y profundizar en cómo pueden incidir en la performance de negocio. Estas herramientas conllevan una perspectiva inalcanzable hasta ahora con la analítica tradicional.

 

¿Dónde están los beneficios?

Las plantas son sistemas complejos, por lo que los usuarios se preguntan “¿dónde está la oportunidad? y ¿cómo se puede aplicar analítica?

Según Zornio, “la analítica de Emerson se puede aplicar a activos de menor nivel, pero es necesario hacer más a nivel de planta. Si conocemos la planta tal como es y no sólo como ha sido construida, se pueden usar primeros principios. Luego es necesario enviar los resultados de la analítica a una persona capaz de implementar un cambio en base a los resultados, o sea hacer realmente algo con todo esto.”

Cuando no se entienden los primeros principios, o no lo suficiente, tiene sentido recurrir a una analítica basada en datos. “La cuestión acerca de esta analítica tiene que ver con la razón para usarla y dónde. En este sentido, Emerson tiene más de 6.200 modelos de equipos con 500 FMEAs. Casi el 80% de los equipos se pueden hacer usando analítica existente de primeros principios.”

Antes de pasar a una analítica basada en datos para un producto o cierta clase de equipo, también hay que decidir si conviene usar una analítica preelaborada. “Algunos ingenieros querrán desarrollar su propia analítica, pero una respuesta conocida a un problema conocido probablemente sea una mejor solución,” explicó Zornio. Se puede contratar un científico de datos, pero quizás sea más importante tener a alguien familiarizado con los equipos.

“En Emerson conocemos nuestros dispositivos y su analítica operacional,” agregó Zornio. “Habíamos comenzado incorporando soluciones en DeltaV en los años ’90, con lógica difusa y redes neuronales, y fuimos agregando simulación y gemelos digitales, para llegar ahora a una caja de herramientas genérica para analítica basada en datos e inteligencia artificial.”

Con la reciente adquisición de KNet y su integración en la plataforma de desempeño de activos Plantweb Optics, “Emerson ofrece ahora, además de las más avanzadas herramientas de machine learning e inteligencia artificial, también la conexión con gente y flujos de trabajo, que es crítico para tener éxito en la transformación digital,” aclaró Zornio.

 

Preparado por Víctor F. Marinescu, director de la revista  Instrumentación & Control Automático.

Maratón de Digitalización 2019: Con los pies en la tierra

 

¿Qué objetivos se procuran con este evento? Primero y principal, dejar en claro cuáles son las razones para llevar las tecnologías de Digitalización al mundo de la producción automatizada. Y para ello, además, ofrecer un entendimiento más abarcativo de lo qué significa Digita­lización, un título muy grande que no se puede definir de una sola manera y con un solo enfoque, en especial por su ‘inasibilidad’; es imposible imaginar un producto o solución que de por sí solo represente Digitalización.

Más difícil que definir el concepto de Automatización (alguna vez lo oí definir esto como “el proceso o solución mecánica donde no intervienen los humanos”… para luego caer en que, si los humanos no están detrás del sistema de automatización programándolo, comisionándolo o reparándolo y manteniéndolo, no hay sistema de automatización posible), arriesgamos una definición de Digitalización como “integración de tecnologías y procesos sobre un común denominador: el software".

En consecuencia, hay que procurar tres resultados fundamentales para el negocio:

  • Reducir el tiempo de producción y puesta en el mercado de un nuevo producto o proceso, o de una innovación sobre el mismo.
  • Luego, para el punto anterior, aumentar la flexibilidad, es decir, ser capaces de que el negocio pueda incorporar rápidamente innovaciones consecuentes de tendencias del mercado o del surgimiento de nuevas tecnologías. Otra forma de definir este aspecto se denomina Future Proof.
  • Aumentar la productividad y la eficiencia, es decir, hacer más con lo mismo o lo mismo con menos.

Hay que notar la relación directa del concepto de Digitalización con el mundo de los negocios. Y para ello, es la generación de transparencia de datos de la producción lo que lleva al verdadero valor agregado que representa el ingreso del concepto de digitalización en el mundo de la automatización industrial. Para saber si somos más efectivos, si vamos a poder alcanzar nuestras metas o si estamos produciendo de la manera correcta, necesitamos ver y saber de qué forma operan nuestras máquinas y procesos, se requieren los datos. E inteligencia.

La analítica de los datos, la inteligencia de nuestros sistemas, es lo que va a generar los resultados para tomar acciones. Es aquí donde la Digitali­zación y la Automatización pasan a convertirse en meras herramientas de ayuda que se las debe entender bien cómo aplicarlas para lograr nuestros objetivos. Pero también es importante señalar que, por sí solas, no resuelven nada si nosotros mismos, en nuestro cerebro, no comprendemos nuestro negocio y lo que queremos hacer con él.

De los sensores a pie de máquinas y procesos y de los controladores absorbemos datos en tiempo real,  haciendo uso de las tecnologías de comunicaciones industriales ya ampliamente desarrolladas. Los repositorios de los datos ya no son problemas desde el punto de vista de sus capacidades. La novedad son los lugares donde ejercemos la analítica. No sólo requerimos generar información a nivel de planta y proceso (SCADA tradicional) sino que impartimos ahora inteligencia local al borde de la máquina o el proceso (Edge) para agregar valor a nuestra producción y mejorar constantemente el automatismo. También subimos los datos a grandes repositorios para su analítica macro, diagnóstico y toma de decisiones globales a nivel de nube (Cloud), con total independencia del lugar físico donde se encuentre nuestro proceso.

 

Maratón de Digitalización 2019: Con los pies en la tierra
Por segundo año consecutivo, con el equipo de Factory Automation de Siemens, se llevó a cabo la Maratón de Digitalización 2019.

 

Claramente empieza a tallar un nuevo factor que nos era lejano a los automatistas industriales provenientes del mundo electromecánico: la seguridad de cómo tomar, llevar, analizar, filtrar y distribuir esos datos, la ‘ciberseguridad’.

Y cuando decimos transparentar la planta mediante datos, no sólo nos referimos a datos de producción sino también a información de diagnóstico de los equipos de planta y de los recursos energéticos que se usan. En la infraestructura de automatización, es posible administrar los consumos energéticos como otro recurso más que se debe usar eficientemente y para los cual disponemos de medios y servicios para tal propósito.

La integración de tecnologías y procesos con una plataforma común de software, tal como definimos Digitalización, implica integrar todo el ciclo de vida de la producción. La ingeniería de desarrollo del sistema de automatización puede pasar por una etapa previa ‘virtual’, donde es posible ahora simular todos los algoritmos que correrán en los controladores y sistemas HMI y, de esta forma, al mismo tiempo analizar su funcionamiento integrado con las máquinas y la planta entera. Todo nuestro sistema de control puede funcionar en una PC antes de que se arme cualquier tablero o se tiendan las fundaciones para instalar las máquinas.

Nos propusimos presentar todo este concepto con las tecnologías de Siemens, las que hoy pueden ser presentadas, explicadas y puestas en práctica en forma directa y/o con partners. De esta manera, se puede decir que la tecnología ya está aquí para su uso, y no hablar del futuro por venir sino del ‘futuro que llegó hace rato’. Por eso se puede hablar de Digitalización con los pies en la tierra.

Siemens llamó a su evento una Maratón, ya que considera que la forma de llegar a adoptar estos nuevos conceptos implica entrenamiento, disciplina, constancia y donde los primeros en adoptarlos se verán favorecidos más rápidamente. Pero también se lo puede pensar como una ‘carrera de postas’ por ser colaborativa entre equipos que van avanzando y beneficiándose entre sí.

El equipo de Factory Automation de Siemens Argentina presentó temas como Simulación y Comisionamiento Virtual, Gestión y Analítica de Datos, Cibersguridad, Tecnologías Edge y Gestión Energética. Por su parte, un joven becado, finalizando sus estudios secundarios, llevó adelante la integración de PLCs con la nube Mindsphere.

Por último, cabe señalar que la faceta más importante de estos eventos tiene que ver con las preguntas e interacciones con asistentes, clientes y profesionales de diferentes industrias, del área académica, de los medios de comunicación e incluso hasta competidores.

 

Preparado por el Ing. Andrés Gorenberg, gerente de la unidad de negocio Digital Industry Factory Automation, de Siemens S.A.

Diagnósticos incorporados y monitoreo de condiciones mejoran el mantenimiento, la confiabilidad del proceso y la disponibilidad de la planta.

 

La instrumentación moderna simplifica el mantenimiento
Figura 1. La instrumentación moderna, por ejemplo este caudalímetro Coriolis de Endress+Hauser, incorpora diagnósticos y monitoreo de condiciones.

 

El mundo moderno de hoy en día está digitalizando constantemente todas nuestras rutinas diarias, aunque gran parte de las industrias químicas y refinerías todavía están algo atrasadas respecto de la tecnología actual.

Este atraso, por ejemplo, es muy notorio en el mantenimiento donde hay sistemas operativos de vieja data, falta de conocimiento de las nuevas tecnologías y conceptos convencionales en cuanto al mantenimiento de la instrumentación.

Una estrategia de mantenimiento típica en una planta química consiste en realizar un mantenimiento de rutina planificado, que se vuelve reactivo una vez que el equipo falla y puede introducir problemas de confiabilidad y seguridad. En ese momento, el personal de mantenimiento procede a reemplazar el dispositivo si está disponible como repuesto o apura su despacho por el fabricante. Mientras tanto, el proceso se detiene.

Aun cuando la instrumentación de hoy sea cada vez ‘más inteligente’ incorporando funciones como autodiagnóstico y monitoreo de condiciones (figura 1), la mayoría de las plantas no la aprovechan. Desafortunadamente, el 97% de los datos de los instrumentos inteligentes no se utilizan.

 

La instrumentación moderna simplifica el mantenimiento
Figura 2. Casi todos los instrumentos que se fabrican hoy en día ofrecen datos según NAMUR NE 107.

 

Instrumentos inteligentes

NAMUR NE 107 (figura 2) es un estándar que siguen todos los fabricantes de instrumentos a la hora de diseñar y fabricar dispositivos. Define códigos de diagnóstico con mensajes claros y remedios, incluyendo mantenimiento requerido, chequeo de funciones, fuera de especificación y falla.

Con esta información, el personal de mantenimiento puede obtener una indicación clara acerca de cómo resolver y reparar un problema antes de que un dispositivo se deteriore hasta llegar a la falla.

Un código de diagnóstico de color verde indica un instrumento sano. El color naranja significa que el instrumento está en chequeo funcional, por lo que la señal no es válida. El color azul significa que la señal del instrumento es válida, pero requiere un pronto mantenimiento. El color amarillo identifica que condiciones pueden haber causado una situación de fuera de especificación y, por lo tanto, una señal incierta. Por último, el color rojo representa un instrumento que ha fallado con señal no válida y que requiere un mantenimiento inmediato.

Los datos de NAMUR 107 son enviados a través de fieldbus, EtherNet/IP, 4-20 mA HART, WirelessHART u otros métodos de conexión como mensaje de alarma (cuando se dan las condiciones) o cuando es interrogado por un sistema de control.

Los instrumentos modernos ofrecen fácilmente estos datos ya que casi todos los instrumentos de los principales proveedores emplean autodiagnóstico. El autodiagnóstico significa que el instrumento es capaz de detectar cuando hay un problema gracias al monitoreo continuo de los parámetros internos más importantes relacionados con sus componentes mecánicos, electromecánicos y electrónicos.

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

El firmware en el transmisor monitorea continuamente la cadena completa de señal en cuanto a desviaciones. Por ejemplo, si los diagnósticos detectan un error, se envía un mensaje de evento conforme a NAMUR 107. El evento se muestra en el panel frontal del instrumento y está disponible para el sistema de automatización. Algunos instrumentos también envían consejos para solucionar los problemas e instrucciones correctivas.

 

La instrumentación moderna simplifica el mantenimiento
Figura 3. Las interfaces WLAN, Bluetooth y Webserver permiten monitorear, diagnosticar y configurar instrumentos desde apps de teléfonos inteligentes.

 

Calibración y verificación

Según la industria, los instrumentos deben ser calibrados periódicamente. Por ejemplo, la industria química requiere pruebas según IEC 61508 e IEC 61511. En las anteriores prácticas de mantenimiento, donde la calibración es programada para que se realice cada seis meses más o menos, se paran los procesos y se procede a realizar un bypass del caudalímetro o transmisor de presión o se lo saca de la línea, posiblemente para llevarlo a un laboratorio, calibrarlo y luego reinstalarlo o dejarlo como repuesto.

En algunos casos, se pueden encontrar instrumentos fuera de calibración y que dan lecturas erróneas. El problema está en ¿cuánto tiempo han estado fuera de calibración y cuántos productos fuera de especificación se han elaborado? La planta no tiene forma de saberlo.

Por otro lado, hay muchos instrumentos perfectamente calibrados, por lo que el proceso de calibración es una pérdida de tiempo y dinero. La autoverificación permite evitar esta actividad improductiva.

La autoverificación se inicia a pedido desde el sistema de automatización o en el propio instrumento (figura 3). Durante la autoverificación, las rutinas de diagnóstico realizan chequeos y generan un reporte que puede usarse para verificar que el dispositivo sigue funcionando correctamente.

Como ejemplo, la tecnología Heart­beat de Endress+Hauser cumple con todos los requerimientos de una verificación trazable de acuerdo a DIN EN ISO 9001:2008, Sección 7.6a. Los instrumentos ofrecen una cobertura de autodiagnóstico de 94% o más (de acuerdo con IEC 61508) y tasas muy bajas de fallas no detectadas.

 

La instrumentación moderna simplifica el mantenimiento
Figura 4. Display en una HMI de monitoreo de condiciones que muestra el estado de salud de equipos según NAMUR NE 107.

 

Software de soporte

En los instrumentos inteligentes, los datos ya no corresponden sólo a la variable de proceso primaria. También incluyen variables de proceso secundarias, la salud del sensor, características de desempeño del sensor, información de calibración y diagnósticos en tiempo real. Toda esta extensa información se puede utilizar para mejorar el proceso, optimizar el desempeño del instrumento, extender la vida del instrumento y maximizar la productividad del personal de mantenimiento.

Pero toda esta información se debe obtener y luego procesar por medio de un software de soporte. Afortuna­damente, todos los principales fabricantes de instrumentos suministran el software de soporte necesario para lograrlo.

Normalmente, la solución es un sistema autónomo que no interfiere con la operación del sistema de control. Monitorea y registra continuamente el estado de salud de la instrumentación y visibiliza esa información para las personas responsables de modo que puedan tomar las medidas según necesidad. En combinación con sensores inteligentes, se pueden realizar autochequeos y verificaciones online para alargar los intervalos de calibración, conocer la base instalada e identificar dispositivos críticos (figura 4).

Procesar todos los datos de los instrumentos de una planta puede ser complicado. Por ejemplo, una planta química en Gendorf, Alemania, tiene más de 4.000 instrumentos que miden nivel, caudal, temperatura, presión y otros parámetros de proceso primarios. Tratar de emplear los sistemas de control para leer toda esta extensa información de diagnóstico de los 4.000 dispositivos, analizarlos para detectar problemas y enviar instrucciones al departamento de mantenimiento podría llegar a ser algo dantesco.

Es por eso que los fabricantes de instrumentos han desarrollado paquetes específicos de software que realizan todas esas funciones. Los paquetes se dividen en dos categorías básicas: programas de gestión de instrumentos, que analizan la información en tiempo real proveniente de la instrumentación, y software de gestión de activos, que sigue cada instrumento en la planta y almacena datos vitales, tales como manuales y listas de partes.

Si bien un fabricante de instrumentos en particular pueda ofrecer información de sus propios instrumentos, ¿qué pasa en una planta con todos los demás instrumentos provenientes de otros fabricantes?

Afortunadamente, la estandarización en la industria de instrumentación permite aprovechar esa información.

Hay disponibles archivos de configuración con DD (Device Description), EDDL (Enhanced Device Description Language), DTM (Device Type Manager), HART y fieldbus de todos los fabricantes, que son de fácil acceso desde varios sitios web y que se pueden cargar en el programa de gestión de instrumentos. Estos archivos brindan interoperabilidad entre distintos proveedores de sistemas de automatización e instrumentación.

Cuando una planta tiene miles de instrumentos, seguir manuales, listas de partes, reportes de auditoría, cronogramas de mantenimiento y otra información puede ser una pesadilla.

Una solución de gestión de activos de mantenimiento reúne toda esta información, la digitaliza y la pone a disposición de técnicos de mantenimiento mediante dispositivos portátiles o la HMI del sistema de control (figura 5). Además de mostrar manuales de instrumentos, listas de partes e información de cumplimiento, el software de gestión de activos sigue todas las actividades de los instrumentos, lo que incluye calibraciones, verificaciones y mantenimiento realizados para cumplir con las distintas regulaciones. El software también puede elaborar auditorías e informes regulatorios en respuesta a estándares de la industria.

El software de gestión de activos también aporta gestión de mantenimiento. Es decir, determina cuándo es necesario atender, calibrar o verificar los instrumentos, y notificar el mantenimiento. El software puede compartir datos con otros programas de gestión de mantenimiento, historizadores y hojas de datos.

 

La instrumentación moderna simplifica el mantenimiento
Figura 5. Es posible acceder a datos de instrumentos de un software de gestión de activos, por ejemplo el portal W@M de Endress+Hauser, desde estaciones de trabajo o dispositivos portátiles.

 

Resumen

La instrumentación moderna y el software de soporte pueden reemplazar las estrategias convencionales de mantenimiento planificado/reactivo, que consumen demasiado tiempo y cuestan demasiado dinero en términos de mano de obra y calibraciones innecesarias. También mejoran considerablemente la confiabilidad y la disponibilidad de la instalación al diagnosticar y predecir fallas de los dispositivos antes de que se deba parar un proceso.

Con la información de diagnóstico disponible, el personal de mantenimiento podrá conocer las condiciones exactas de salud de todos los dispositivos, lo que les permite realizar el mantenimiento correcto en el momento óptimo, evitando un sobremantenimiento de equipos que no lo necesitan.

 

Preparado en base a un documento elaborado por Howard Siew, de Endress+Hauser.

Optimizar procesos térmicos con una mejor visibilidad de la combustión

 

En la mayoría de los sistemas de procesos térmicos, los datos del desempeño quedan atrapados a nivel de equipos. Para tomar lecturas o captar alertas, un operario de planta se debe parar físicamente cerca de los equipos y permanecer allí, lo cual de ninguna manera es práctico hoy en día cuando la industria de procesamiento térmico está bajo presión para ser más productiva.

Dentro de este contexto, todos sabemos que, para maximizar la productividad, es necesario minimizar las paradas no programadas. Con este fin, se requieren sistemas de producción y procesos que operen de una manera inteligente, eficiente y sustentable.

Afortunadamente, hay soluciones basadas en la nube que mejoran la visibilidad de los procesos térmicos, ayudan al personal a resolver problemas de manera más eficaz y permiten disponer de datos críticos de activos en todo momento y en cualquier lugar. Gracias a estos sistemas de monitoreo remoto de nueva generación, los operarios de planta podrán visualizar y compartir datos antes de llegar a los equipos, recibir alertas en tiempo real cuando los parámetros exceden ciertos límites y rastrear datos históricos para ver cuándo y por qué ocurrieron problemas.

 

Necesidad de una mejor visibilidad y analítica en procesos térmicos

Hoy en día, cuando es cada vez menor el número de especialistas en combustión y hay un aumento de los costos de energía, márgenes de ganancia reducidos y una creciente demanda de una mejor calidad de producto, las operaciones de procesamiento térmico tratan de aumentar la productividad y reducir gastos operativos. Al respecto, hay varios temas a tener en cuenta:

  • Disminución del número de expertos en procesos térmicos a consecuencia del envejecimiento de la fuerza laboral;
  • Necesidad de aumentar la eficiencia de planta para mejorar el retorno de la inversión, reducir costos de energía y satisfacer la demanda de los usuarios;
  • Reducir costos de mantenimiento;
  • Minimizar paradas no programadas para aumentar la disponibilidad de los sistemas de combustión;
  • Bajar emisiones para reducir impuestos y posibles multas;
  • Mejorar la seguridad.

También se necesitan mejores métodos para obtener información vital acerca de calderas y hornos. ¿El motivo? Históricamente, los datos de un proceso térmico relacionados con eficiencia y confiabilidad fueron capturados a nivel de equipo, lo que significa que un operario, a menos que esté físicamente parado cerca del equipo, no podía obtener la información ni tampoco usarla de manera proactiva para abordar los problemas.

Otro inconveniente era que los técnicos de mantenimiento que se encargan de solucionar y diagnosticar problemas en los equipos por lo general no sabían qué herramientas o partes necesitan hasta estar en el sitio, lo que se traduce en múltiples idas y vueltas a la hora de abordar un problema en los activos.

Mientras tanto, el conocimiento de cómo mantener y optimizar equipos de procesos térmicos es cada vez menor a medida que se van retirando ingenieros, operadores y técnicos familiarizados con los sistemas de calentamiento de procesos industriales. Este problema tiende a agravarse por el hecho de que los Millennials que los reemplazan suelen cambiar de trabajo con mayor frecuencia, impidiendo así la acumulación de conocimiento. Como resultado, hay un menor número de especialistas en combustión en la industria, y quienes quedan son responsables de más tareas que nunca.

 

Optimizar procesos térmicos con una mejor visibilidad de la combustión
En la mayoría de los sistemas de procesos térmicos, los datos del desempeño quedan atrapados a nivel de equipos. Un operario de planta tiene que estar físicamente cerca de los equipos, lo que no es práctico en un momento cuando la industria de procesamiento térmico se ve obligada a ser más productiva.

 

Abordar exigencias con tecnología conectada

Hoy en día, cuando menos personal atiende a más áreas de responsabilidad, es clave optimizar el control de proceso, lo que significa cumplir con ciertos parámetros en el tiempo usando entradas de los procesos y controlando salidas en pos de obtener los resultados deseados. Se deben implementar controles en tiempo real para medir y controlar variables de procesos térmicos, desarrollar métodos para monitorear en forma remota estas variables y encontrar métodos para predecir el comportamiento futuro.

El inconveniente está en que muchas empresas de procesamiento térmico se basan en soluciones dispares y especialmente diseñadas a la hora de operar sus procesos de producción. Suelen incorporar componentes de múltiples proveedores, diferentes plataformas y protocolos, y esquemas complicados de cableado y secuencias de programación. La naturaleza dispar de estas soluciones dificulta el intercambio de datos entre ellas, lo que aumenta los tiempos de procesamiento y el riesgo de falla.

Sin embargo, implementando un sistema integrado para conformar una sola arquitectura conectada, es posible conseguir una mayor eficacia del operador, una mayor disponibilidad de planta, menores costos de mantenimiento y menores costos del ciclo de vida. También se podrá aprovechar IIoT para mejorar los niveles de seguridad, eficiencia y confiabilidad de las operaciones en una o múltiples plantas.

La infraestructura de IIoT ofrece un método seguro para capturar y agregar datos, y para aplicar analítica avanzada aprovechando el conocimiento que tiene el personal de planta y de expertos en combustión. Además, permite a los usuarios finales definir cómo reducir, o incluso eliminar, trastornos e ineficiencias de manufactura.

Al disponer de un conjunto más amplio y consolidado de datos útiles aportados por expertos que entienden las características de una aplicación de procesamiento térmico, se podrá usar analítica para obtener información más detallada y escalar datos para responder a las necesidades de operación en un sitio o en toda la empresa.

 

Visibilidad de los datos, cuándo y dónde sea necesario

Además de la analítica, es necesario que los datos del proceso térmico estén visibles y disponibles para el personal de planta en todo momento y en cualquier lugar. Por ejemplo, la mayoría de los gerentes de mantenimiento ya saben lo que significa manejar una falla crítica de un proceso térmico e investigar sus causas después del hecho. En muchos casos, los problemas pueden requerir reparaciones o una parada no programada, lo que se traduce en pérdida de mucho dinero. Estas paradas también pueden llevar a costos sustanciales de respuesta y recuperación, costos de mano de obra y afectar el servicio al cliente.

Lo que necesitan los operarios de planta es una manera eficaz de visualizar y compartir datos antes de llegar a los equipos. Esto incluye herramientas de movilidad para recibir alertas en tiempo real cuando se superan ciertos límites en los parámetros operativos, y rastrear datos históricos para ver cuándo y por qué ocurrieron problemas.

 

Poner a trabajar la tecnología

Las empresas de procesamiento térmico tendrán que aprovechar la conectividad y la posibilidad de compartir información para transformar sus operaciones. Podrán usar dispositivos conectados y sistemas integrados para capturar información de proceso en tiempo real que les permitan:

  • Comprender sus equipos para mejorar la productividad de los activos;
  • Identificar la variabilidad en los procesos de producción;
  • Establecer capacidades remotas de monitoreo;
  • Implementar las mejores prácticas de manufactura;
  • Mejorar la seguridad y el cumplimiento normativo.

Las operaciones de calentamiento industrial tienen ahora acceso a novedosas soluciones de automatización que convierten datos en conocimiento, desde el borde hasta la empresa, para lograr mejores resultados.

Por ejemplo, el nuevo Integrated Combustion Equipment Manager SLATE de Honeywell combina características configurables de seguridad con lógica programable en una sola plataforma modular de control de quemadores. Este tipo de sistema reduce la necesidad de espacio en los paneles de la sala de control y puede ser personalizado fácilmente para virtualmente cualquier aplicación de combustión, en menos tiempo y con una menor complejidad que las soluciones tradicionales.

En lugar de usar controladores separados para las distintas funciones, las plantas pueden adquirir sólo los módulos que necesitan para control de combustión y elegir cómo usarlos con simples comandos de cableado. Con un menor número de activos para soportar y mantener, se consigue un menor costo total de propiedad.

En los sistemas de control convencionales, un panel de control contiene normalmente un controlador lógico programable (PLC) combinado con dispositivos de seguridad aparte, tales como controles de quemador. En este caso, los dispositivos de seguridad son responsables de la operación y la seguridad de los equipos críticos.

Anteriormente, los datos producidos por los dispositivos de seguridad estaban conectados a lo que hacía el control. Si la función de control incluía comunicación, el PLC capturaba e interpretaba esta información utilizando un software especializado del usuario.

En la más reciente generación de sistemas de control de combustión, todos los datos de estado del módulo de seguridad y todo el control no de seguridad de los módulos de seguridad se encuentran totalmente integrados en la lógica programable. El módulo base provee comunicación y lógica programable por el usuario, mientras los módulos de E/S digitales y analógicos no de seguridad aportan entradas y salidas para esa lógica.

La lógica programable se puede usar para crear cualquier característica no de seguridad que necesiten los equipos que están siendo controlados por el sistema de control de combustión. Esto permite incorporar características personalizadas y diferenciadoras en el controlador utilizando una pantalla táctil configurable.

SLATE también tiene la opción de emplear plataformas de control de quemadores basado en microprocesador, incluso soluciones compatibles con SIL-3 para secuenciar múltiples quemadores. Además, puede incorporar controladores digitales universales para montaje DIN, que ofrecen programación de setpoint, escaneo rápido y diagnósticos incorporados.

Los usuarios incluso pueden instalar válvulas inteligentes diseñadas para comunicarse con sistemas de automatización industrial en pos de mejores niveles de monitoreo, reportes y optimización.

 

Visibilidad de los datos

Hoy en día, algunas soluciones de gestión de combustión aceptan configuración para monitoreo remoto. Es posible conectar equipos de proceso térmico en un entorno de nube seguro, lo que permite disponer de datos críticos, tendencias históricas y analítica de desempeño cuando y donde se los necesiten. De esta forma, ingenieros y operadores pueden recibir alertas en tiempo real en un teléfono inteligente o tablet en el momento en que parámetros clave salen de sus límites normales, y rastrear datos históricos en el tiempo para identificar cuándo y por qué sucedió algo.

La visualización de los valores operativos tanto en formato de texto como gráfico garantiza tener un panorama completo del activo de un proceso térmico, como así también un monitoreo remoto cómodo y rentable. La disponibilidad de información centrada en la combustión permite al personal menos experimentado resolver problemas de manera más eficaz. Por el contrario, muchas de las soluciones de monitoreo remoto de hoy en día ofrecen sólo datos no contextualizados.

Obtener la información térmica específica que corresponde en las manos correctas mediante monitoreo remoto permite mantener los procesos térmicos funcionando de manera segura y eficiente, además de una resolución de problemas más eficaz, ya que los técnicos de mantenimiento podrán tener las partes y herramientas adecuadas desde el primer momento, antes de salir de sus estaciones de trabajo. Al mismo tiempo, los expertos podrán aportar fácilmente una guía remota y adelantarse a los problemas, identificando tendencias de fallas molestas y prediciendo posibles fallas.

Por último, algunos proveedores de automatización ofrecen ahora sistemas de proceso térmico y servicios de expertos ya incorporados en una solución llave en mano, desde puesta en marcha hasta comisionamiento, además de garantizar el cumplimiento de códigos y normativas locales, ahorrando valiosos recursos internos.

 

Optimizar procesos térmicos con una mejor visibilidad de la combustiónOptimizar procesos térmicos con una mejor visibilidad de la combustión

 

Conectividad para los usuarios finales

La implementación de soluciones integradas de control y monitoreo para aplicaciones de procesamiento térmico, proveniente de un único proveedor competente, hace que la combustión sea parte de una estrategia global conectada que apunta a una instalación más inteligente y más segura. Las empresas podrán ahora visualizar, analizar y mejorar los conocimientos y la productividad de su personal, la eficiencia de sus procesos y el desempeño de sus activos.

Con una solución de planta conectada, se podrán reunir datos de proceso históricos y en tiempo real de distintos sistemas en un solo lugar, y conectarlos a la nube, donde se los podrá acceder, recuperar y analizar fácilmente.

De esta forma, los usuarios finales podrán reducir la complejidad de su instalación de control de procesos térmicos y obtener beneficios importantes, tales como:

  • Menores costos de energía y de protección ambiental;
  • Mayor disponibilidad de sistemas de calentamiento;
  • Menor probabilidad que haya paradas de proceso;
  • Mayor productividad para responder a la demanda de los usuarios;
  • Retorno de la inversión más rápido gracias a importantes ahorros operativos.

Y, en una época con cada vez menos recursos calificados para implementar, operar y mantener controles de combustión, el concepto de ‘conectado’ se traduce en un sistema más intuitivo, menos complejo, más fácil de mantener y más integrado a través de toda la empresa.

 

Conclusión

Los desarrollos tecnológicos en monitoreo remoto les quitan ahora a los operarios de una planta la obligación del monitoreo local de equipos y hacen crecer la performance del proceso térmico y el potencial de productividad de una instalación al conectar personas, activos e información en toda la empresa.

Desde la posibilidad de visualizar datos de activos en un teléfono inteligente o una laptop hasta usos más sofisticados, tales como enviar un mensaje de texto cuando ocurre una alarma, las soluciones conectadas de proceso térmico, por ejemplo Honeywell Thermal IQ, están revolucionando la forma en que las operaciones en la industria de procesos se ejecutan y mantienen sus sistemas vitales de proceso térmico. Y lo que es clave, la disponibilidad de información procesable centrada en la combustión ayuda al personal menos experimentado a solucionar problemas de manera más eficaz.

En la actualidad, en lugar de tener que integrar, soportar y mantener soluciones especialmente diseñadas para control y monitoreo de la combustión, las operaciones de procesamiento térmico se pueden ejecutar de manera más eficiente para optimizar la producción y los resultados de negocio.

 

Preparado en base a un documento de Honeywell Process Solutions.

El controlador lógico de campo ofrece control a nivel de dispositivo para reemplazar PLCs en aplicaciones simples de lógica.

Controlador lógico de campo: La próxima generación en control

Los controladores lógicos programables (PLCs), ya desde los años ’60, se convirtieron en los dispositivos más aceptados a la hora de automatizar y controlar la operación de máquinas.

Sin embargo, en los años recientes, muchos empezaron a cuestionar la razón por la que es necesario invertir en un PLC. Los dispositivos pueden llegar a ser costosos, requieren un software dedicado y muchas veces significan gastos adicionales en paneles y cableado. ¿El PLC y su costo son realmente la mejor opción para una aplicación que podría necesitar tan sólo un par de decenas y no centenas de puntos de E/S?

Con el advenimiento del controlador lógico de campo (FLC), la respuesta es no cada vez con mayor frecuencia.

FLC es una nueva categoría de control que aporta programación lógica a nivel de dispositivo. Es para los PLCs lo que significó en su momento el teléfono celular para los teléfonos fijos: una transformación en cuanto a flexibilidad, control y potencial. FLC permite agregar lógica simple a aplicaciones por medio de bloques de E/S Ethernet con tecnología FLC incorporada. Se lo puede usar junto con PLCs o como una solución autónoma que elimina por completo los PLCs de la ecuación.

Una de las principales ventajas del FLC es el ahorro en el gasto de actualización, compra o reemplazo de un PLC para ganar puntos de E/S y conexiones. También la posibilidad de llevar el control fuera del panel e implementarlo en entornos de campo exigentes, ya que los bloques cuentan con características avanzadas de IP para protección de ingreso. Además, la tecnología FLC hace que la programación sea accesible a ingenieros con todos los niveles de experiencia gracias a su interface y diseño simple y directo.

Al ser menor la cantidad de software y hardware que se requiere en manufactura, los FLCs ofrecen una programación más flexible y económica. En definitiva, es una tecnología que libera el potencial de los bloques de E/S para una revolución en lógica y control que no requiere un software dedicado.

 

Controlador lógico de campo: La próxima generación en control
Los FLCs ofrecen control a nivel de dispositivo para reemplazar PLCs en aplicaciones simples de lógica.

 

El origen del FLC y cómo trabaja

Turck desarrolló los primeros FLCs cuando los avances en tecnología de microprocesador hicieron posible una solución de control y programación capaz de responder a las demandas de los usuarios finales.

El costo de los PLCs y el software complejo y dedicado que requieren han sido siempre un problema. La demanda de los usuarios estaba en implementar una lógica simple con una interface clara basada en un navegador de web que pudiera ser programada por cualquiera. Era un momento cuando se necesitaba disponer de un entorno de programación de automatización que fuera fácil de usar.

Al mismo tiempo, los microprocesadores eran cada vez más poderosos y menos costosos, lo que significaba una funcionalidad avanzada sin aumentar el costo para los usuarios finales. Estos avances significaban que los bloques de E/S podían manejar tanto funciones de E/S estándar como responsabilidades de control que antes sólo se lograban con PLCs y con un costo mucho menor.

Para hacer posible este control, la tecnología de FLC de hoy en día utiliza un sistema de diagrama de flujo para programar en forma personalizada bloques de E/S Ethernet locales por medio de un navegador de web compatible con HTML5. A través de menús desplegables, es posible configurar múltiples condiciones, operaciones y acciones en un solo bloque:

  • Condiciones – Corresponden a condiciones de entrada. Como ejemplos de este tipo de condiciones se puede mencionar un temporizador que finaliza, un contador que finaliza o llega a un determinado valor o una entrada de sensor que pasa a ser verdadera.
  • Operaciones – Incluyen operaciones booleanas.
  • Acciones – Corresponden a condiciones de salida  y le dicen al bloque la acción deseada a ejecutar.

Cuando una condición es verdadera, se ejecutan acciones. Allí donde antes esta funcionalidad sólo era posible por medio de PLCs, ahora los FLCs pueden manejar fácilmente estas comunicaciones por sí mismos. También permiten a los usuarios escribir, ejecutar, simular y depurar código.

Un ejemplo de cómo podría trabajar esta programación es indicarle a una bomba ponerse en marcha o detenerse en base a un determinado nivel de líquido.

El bloque de E/S está conectado a un sensor de nivel, que monitorea el nivel de líquido en un tanque y lo reporta al bloque. El nivel ideal es de 50 unidades para prevenir el sobrellenado o que la bomba funcione en seco. Para esta aplicación se puede usar la tecnología de FLC en lugar de un PLC para programar que el bloque señale una de tres acciones:

  • Cuando el valor está por encima de 50 unidades, la condición es verdadera y se procede a poner en marcha una bomba para retornar el líquido a su nivel ideal.
  • Cuando el valor está por debajo de 50 unidades, la condición es verdadera. Más líquido circulará dentro del tanque o se desconectará una bomba hasta alcanzar el nivel ideal.
  • Cuando el valor es de 50 unidades, la condición es falsa y no se debe tomar ninguna acción ya que el líquido se encuentra en su nivel ideal.

Se puede optar por acceder a las distintas capacidades de la tecnología FLC de acuerdo a la aplicación. Estas capacidades incluyen botones de activación para on/off, funciones aritméticas, temporizadores y contadores, monitoreo a través de HMI y definición de variables para comunicarse con PLCs.

En el momento en que se activa por primera vez la tecnología del bloque, el programador ingresa la única dirección IP para acceder al bloque y el entorno de programación. Toda la programación se maneja por medio de un navegador web compatible con HTML y es cargada vía una conexión Ethernet en el bloque. Este diseño permite a los usuarios programar FLCs con cualquier dispositivo portátil, por ejemplo tablet o teléfono inteligente, lo cual es mucho más accesible en el campo que las PCs.

 

Configuraciones en el entorno de control

Puesto que la tecnología FLC ofrece control a nivel de dispositivo, se consigue una solución de programación más económica que los PLCs. Los FLCs también soportan entornos hostiles o fuera del panel donde se requieren clasificaciones superiores a IP20.

Hay tres configuraciones principales con la tecnología FLC:

  • Controlador lógico autónomo – Es lo que motivó el desarrollo del FLC y su uso principal. Luego de acceder al entorno de programación, es posible usar la interface de diagrama de flujo para programar y cargar la lógica directamente en el bloque de E/S Ethernet multiprotocolo. El bloque se encargará de las acciones y los reportes. No se requiere un PLC.
  • Respaldo local para un PLC – En el caso de sistemas más complejos, se puede usar un FLC como respaldo local para un PLC. Si el PLC pierde alimentación o conexión, la tecnología FLC puede realizar una de dos cosas: hacerse cargo de la aplicación y ejecutarla desde el bloque, o hacerse cargo de la aplicación y detener el proceso de manera segura. Esto permite evitar paradas y solucionar problemas allí donde aparece un problema en la línea.
  • Participar en el procesamiento del PLC – El FLC se puede usar también junto con el PLC como control distribuido en entornos de automatización de mayor tamaño. El bloque de E/S con capacidad de FLC puede monitorear y controlar localmente una aplicación y compilar datos, para enviar luego esos datos mediante variables definidas al PLC para aligerar su carga de entrada y salida de datos. Esto resulta de gran utilidad en aplicaciones de alta velocidad, tales como cintas transportadoras, donde el envío de datos en tiempo real (latencia de red) puede resultar problemático.

En todos estos casos, el usuario puede definir variables para saber cuándo se almacena la información. Si es del caso, las variables pueden indicar cuándo un PLC está conectado y comunicar los datos hacia y desde un PLC. Hoy por hoy, el FLC no resulta adecuado para aplicaciones de movimiento de alta velocidad, ya que el ciclo de escaneo mínimo es más largo que los tiempos de respuesta de seguridad/detención necesarios en estas aplicaciones. Otro límite es la capacidad de un FLC para controlar o monitorear E/Ss desde otros dispositivos de E/S en la red Ethernet.

El FLC tendrá un rol importante y de gran alcance en el control de aplicaciones automatizadas, teniendo en cuenta el creciente costo de los PLCs y otras tecnologías similares. Es sumamente eficaz en aplicaciones simples de sensado donde se necesita una mejor integración de la comunicación dentro de aplicaciones de mayor tamaño controladas por PLC.

Algunos de los primeros en adoptar esta tecnología ya hablan de los beneficios de la tecnología FLC en aplicaciones autónomas donde llevan la comunicación y el control al nivel de dispositivo.

 

FLC junto con RFID e IO-Link

Además de las aplicaciones de lógica simples, la tecnología FLC se puede usar para mejorar sistemas RFID y control IO-Link.

IO-Link es un protocolo de comunicaciones serie punto a punto que se usa para comunicarse con sensores y actuadores. Permite agregar puntos de E/S a PLCs de menor costo sin necesidad de invertir o actualizar a un PLC de mayor costo.

El FLC avanza un paso más al permitir la implementación de E/Ss de alta densidad sin un PLC. Como ejemplo se puede mencionar una cinta transportadora que requiere 128 sensores. En lugar de controlar el sistema desde un PLC, para controlar esos 128 sensores se pueden usar bloques de E/S con capacidad IO-Link y tecnología FLC. Utilizando tecnología FLC en un bloque de E/S, es posible controlar, visualizar y ajustar parámetros desde la interface FLC con unos pocos cambios en el código de programación.

RFID es otra área donde las capacidades únicas de lógica de un FLC permiten simplificar las operaciones. RFID puede ser un sistema inherentemente complejo, pero con FLC es posible agregar capacidades de lectura/escritura a cualquier bloque. Las ranuras de E/S digitales y analógicas pueden estar en el mismo bloque.

El empaquetado de componentes es un ejemplo básico de cómo trabaja esta tecnología. Cada componente tiene un tag de RFID, y cada caja debe ser cargada con 12 productos con su tag antes de que se mueva la caja. Se necesita una luz que conmute para señalar el momento en que una caja está llena.

Con la tecnología FLC, esa funcionalidad puede ser programada directamente en el bloque. Cada vez que un producto con tag pasa por un sensor, el FLC registra el valor. Una vez que el total llega a 12, se enciende la luz por un tiempo prefijado y se reinicia el contador.

 

Nuevos mercados y usos en el horizonte

La introducción de FLC permite implementar soluciones de control más económicas en aplicaciones simples. Lo que antes significaba la inversión en un PLC ahora puede ser manejado por medio de bloques de E/S Ethernet con tecnología FLC incorporada.

Sea como plataforma autónoma o junto con un PLC, el FLC amplía las capacidades de control en aplicaciones que requieren una lógica simple. De esta forma, lleva el control a un nuevo nivel donde los PLCs no pueden hacerlo por sí solos.

Según Dave Lagerstrom, presidente de Turck, “la tecnología FLC transformará la manera en que piensa la industria de automatización acerca del control y los sistemas de control.”

 

Preparado en base a un documento de Turck. En la Argentina: Aumecon S.A.

La automatización industrial está en el umbral de una nueva revolución, atravesando rápidos cambios tecnológicos, adoptando nuevos sistemas y arquitecturas de redes y apuntando a la interoperabilidad de dispositivos y sistemas.

El futuro de la automatización industrial

El mundo de automatización industrial ha sido tradicionalmente renuente a la innovación o a la adopción temprana de modernas tecnologías. La mayoría de las veces, las empresas de este segmento se han inclinado por tecnologías y estándares probados para garantizar operaciones seguras y consistentes a lo largo del tiempo.

Sin embargo, las cosas han comenzado a cambiar radicalmente con el advenimiento de Industrie 4.0 y sus cambios incrementales de tecnología, la rápida adopción de nuevos sistemas y arquitecturas de redes aumentadas.

Muchos expertos consideran que, si bien Industrie 4.0 se está filtrando gradualmente gracias a muchas revoluciones industriales, estamos ya en la antesala de Industrie 5.0.

Tecnologías como robótica, nube, IIoT e inteligencia artificial son cada vez más aceptadas y con aplicaciones por doquier. ¿Hacia dónde irá la automatización industrial a partir de ahora y cómo será el futuro de la manufactura?

 

Más allá de Industrie 4.0: Impulsores del cambio

La convergencia de tecnologías avanzadas de información, comunicación y redes está impulsando la automatización y sus aplicaciones industriales. Esta simbiosis de tecnologías ha facilitado la integración y la colaboración de personas y máquinas en todo el piso de planta y la cadena de suministro. Y es una tendencia que ha tenido un fuerte impacto en los controladores industriales.

Tradicionalmente, los sistemas de automatización han tenido un diseño propietario por la necesidad de estructuras de proceso muy sólidas que operen en tiempo real, lo que descartó la posibilidad de implementar aplicaciones y tecnologías de vanguardia con otros proveedores. Desafortunadamente a la larga, esto también inhibió la capacidad del fabricante de innovar y aprovechar tecnologías para mejorar sus procesos.

Hoy en día, cuando la digitalización permite a los fabricantes utilizar los datos de muchas maneras, hay una necesidad colectiva de implementar sistemas de control escalables con los cuales sea posible escalar un proceso de manufactura según las necesidades del negocio. Hoy en día, dada la proliferación de dispositivos industriales a gran escala, continuos y parametrizados, promovidos por la digitalización, esta necesidad se convierte en una obligación.

 

Integración vertical y horizontal

Los fabricantes interesados en converger tienen que integrar vertical y horizontalmente sistemas de control avanzados con la capa más baja de sensores de campo y adquisición de datos y sistemas de gestión de empresa. Esto significa que, además de integrar componentes de la plataforma de control, tales como control de movimiento, control secuencial, control lógico, programación y configuraciones de HMI, los fabricantes también tendrán que integrar las funcionalidades de un sistema de control, tales como acceso remoto, monitoreo de condiciones, diagnóstico remoto, etc. Una plataforma de control integrada permitirá a las empresas mejorar los niveles de eficiencia y productividad y alcanzar la optimización de procesos en toda la planta y una mejor experiencia de usuario.

La evolución de los PLCs tendrá un rol clave a la hora de impulsar la revolución de la industria en esta nueva era. Con una mayor flexibilidad y comodidad de programación, escalabilidad, más memoria, un factor de forma más pequeño, Ethernet de alta velocidad (Gigabit) y funcionalidades wireless embebidas, los futuros PLCs podrán adaptarse a las mejoras tecnológicas en software, comunicaciones y hardware. Una parte importante de esta evolución incluirá la integración de PLCs y PACs para facilitar la comunicación entre el piso de planta y otros procesos.

Para lograrlo, los fabricantes de controladores tendrán que encontrar un PLC capaz de controlar una aplicación y brindar las herramientas necesarias para recolectar, analizar y presentar los datos de proceso a un usuario cuando sea necesario. Esto debería incluir acceso a datos a través de apps móviles o navegadores de web.

Es importante señalar que gestionar una red de controladores de alta gama implica un gasto de capital importante en forma de inversiones en hardware e infraestructura. Sin embargo, los stacks de hardware propietarios dificultan la flexibilidad operativa al tiempo que agregan costos y complejidad en la implementación de controladores. En este caso, la virtualización podría ayudar a las empresas a lograr una cierta ventaja.

 

Controladores virtualizados

A diferencia de las opciones de mostrador, los sistemas de control virtualizados, tales como PLCs, DCSs, HMIs y sistemas SCADA, requieren un menor número de servidores físicos. Las funciones de control virtualizadas también pueden ser consolidadas e integradas en una sola plataforma en lugar de implementar cada función como una aplicación por separado. Esta flexibilidad de una arquitectura de control abierta basada en software permitirá a las empresas actualizar procesos de control, optimizarlos y acelerar el despliegue de nuevas funciones.

Recientemente, un proveedor de servicios de ingeniería y sistemas aeroespaciales lanzó una plataforma que permite a los fabricantes de sistemas de control diseñar y desarrollar aplicaciones en menos tiempo, a un costo menor y con construcciones modulares y sencillas. Al operar en un entorno virtualizado, el software transforma la manera en que se mantienen los sistemas de control durante sus ciclos de vida. Pasar de una gestión diaria del servidor a un centro de datos centralizado y dedicado, donde protocolos específicos manejan el desempeño de la aplicación, permite a los ingenieros de planta enfocarse en la optimización del sistema de control.

 

Instrumentación interactiva

A medida que evolucionen la automatización y los sistemas de control, la instrumentación también tendrá que desarrollarse en simultáneo para adaptarse a los cambios. ¿Cuál será entonces el futuro de la instrumentación? Dashboards fáciles de leer seguirán impactando en el futuro, logrando que la instrumentación sea más interactiva y accesible para los operadores de planta.

La instrumentación conectada en red ya ha sido adoptada en las plantas de manufactura de todo el mundo. En lugar de operadores que evalúan la instrumentación cerca del proceso donde está instalada, los sistemas conectados en red podrán transmitir los datos a un centro donde serán compilados y analizados según necesidad.

 

Actualizaciones incrementales: Industrie 5.0

La convergencia de tecnologías va conformando el camino para el próximo salto hacia la quinta revolución industrial, donde diferentes sistemas de automatización industrial podrán compartir recursos y actuar en sinergia.

Para mantenerse a la vanguardia, las empresas deberán capitalizar las tecnologías que ya existen, acelerar la implementación de tecnologías y destrabar nuevas fuentes de valor. Después de todo, el paso a la siguiente fase de automatización es más una actualización incremental con una tecnología que todavía podrá servir como impulsor principal para la innovación.

 

Preparado en base a una presentación del Dr. Keshab Panda, CEO de L&T Technology Services.

Se puede dar por terminada la Guerra del Fieldbus?

 

Muchos piensan que la famosa Guerra del Fieldbus ha finalizado. Argumentos no les faltan. En definitiva, habrá un único estándar de comunicación universal compatible con todos. Todos los dispositivos serán interoperables y los fabricantes podrán configurarlos sin problemas, con conformidad probada y certificada.

Por lo tanto, no habrá problemas de versiones – al menos, todas las versiones serán completamente compatibles con las versiones anteriores.

La performance tampoco sería un problema, ya que la nueva tecnología es mucho más rápida que todas las existentes. La implementación de los dispositivos será fácil de realizar simplemente usando chips estándar, basados en estándares de informática.

Y esto también explica la reducción de costos. El know-how informático ya no será necesario para la puesta en marcha mientras la ciberseguridad dejará de ser un desafío, ya que los datos del proceso estarán encriptados y cada sensor tendrá un certificado que se actualiza por sí mismo automáticamente.

Por su parte, las organizaciones de fieldbus serán obsoletas, ya que habrá un solo estándar. Y no hay que olvidarse que, a fines de 2019, estarán disponibles los productos necesarios y las plantas podrán implementar el nuevo estándar. Todo esto gracias a la OPC Foundation y a su nueva iniciativa Field Level Communications (FLC).

Este es, aproximadamente, el sueño actual que muchos promueven como realidad. En definitiva, todos los principales protagonistas del mundo de la automatización son parte de esa iniciativa. ¿Podría haber algo mejor que eso?

Sin embargo, algunos, como por ejemplo el Dipl.-Ing. Martin Rostan, director ejecutivo de EtherCAT Tech­no­logy Group, no piensan que esto sea tan así. Consideran que las expectativas puestas en OPC UA y TSN están infladas. Además, el sistema estará disponible tan sólo recién en algunos años.

 

¿Cuál es la realidad?

Antes que nada, cabe aclarar que el FLC Steering Committee está integrado por 23 empresas que cubren gran parte del mercado actual de automatización, pero con intereses completamente diferentes.

Hay cuatro grupos. El primer grupo está integrado por los perdedores de la última guerra de fieldbus. Sus soluciones de Ethernet industrial no fueron aceptadas, de modo que actualmente están buscando un sucesor.

El segundo grupo piensa que OPC UA es una tecnología adecuada para la comunicación entre controles, pero está a favor de otro sistema de bus por debajo del control, y seguramente no renunciará a ese sistema por OPC FLC.

El tercer grupo quiere vender componentes y chips a los demás y es lógico que tenga muy poco interés en un sistema que crece en base a componentes de informática estándar.

Y hay un cuarto grupo, probablemente el más grande, que confía en que algo bueno pueda ocurrir… ¿Quiénes pertenecen a qué grupo?

Hasta ahora, Beckhoff y KUKA han dicho claramente que adhieren a OPC como estándar de comunicación abierto, pero que, por supuesto, seguirán usando EtherCAT por debajo del controlador para E/S y control de movimiento. Parece ser que Siemens, Rockwell y Mitsubishi irán por el mismo camino.

Es inimaginable pensar que esas empresas dejen su arquitectura de sistema y sacrificar sus tecnologías de Ethernet industrial, tales como PROFINET, EtherNet/IP y CC-Link IE, en el altar de FLC.

Desde el punto de vista del usuario, eso es bueno. La competencia tecnológica entre sistemas es clave para impulsar las tecnologías.

 

Hablando de performance

El cuento de hadas de que OPC UA con TSN es 18 veces más rápido que todos los sistemas existentes no convence repitiéndolo una y otra vez. Según Martin Rostan, lo cierto es que, en todos los escenarios de control de máquina, incluso un solo segmento EtherCAT 100 Mbit/s puede alcanzar tiempos de comunicación más cortos que las redes Gigabit Ethernet actualizadas con elementos TSN.

Es decir que, independientemente del protocolo utilizado y en el supuesto optimista (y no estándar) de que TSN viene con conmutación ‘cut-through’, dividiendo el segmento EtherCAT, EtherCAT 100 Mbit/s supera claramente a todos los sistemas TSN Gbit/s.

¿Qué usuario podría preferir una capa física Gigabit para accionamientos, E/Ss y sensores si puede tener una mejor performance (o tan sólo suficiente) con una base de 100Mbit/s? Por esta razón, el concepto TSN de ETG (EtherCAT Technology Group) y la futura tecnología EtherCAT G combinan un backbone Gbit/s con dispositivos de campo EtherCAT 100 Mbit/s, que permanece inalterable.

Además, con TSN es dable esperar un nuevo nivel de complejidad. Por ejemplo, en este momento, el concepto OPC TSN se basa en siete estándares IEEE 802.1 y ya ha producido siete estándares adicionales. El estándar IEEE 802.1 Q por sí solo tiene 2.000 páginas. La misma OPC UA contiene 14 estándares con tres extensiones recientemente incorporadas.

No hay que olvidarse de que los dispositivos deben ser testeados para verificar su conformidad con todos esos estándares de manera amplia. En cambio, los estándares de fieldbus de hoy en día son casi delgados. No es de extrañar entonces que, a diferencia de los fieldbuses, no haya expertos que conozcan toda la arquitectura.

Esto lleva a estabilidad y control de versiones. Martin Rostan sugiere implementar OPC FLC 'paso a paso'; Los módulos de tecnología que se pierden podrían ser 'recargados' simplemente en el campo.

Un ejemplo: al conductor de un coche Tesla podría resultarle bastante cómodo encontrar una nueva característica en el sistema de asistencia al conductor cuando sube a su automóvil por la mañana, pero los frenos, las luces y el volante deben estar allí desde el primer momento. No es posible recargar el hardware. Y actualizar las características del sistema mediante actualizaciones de firmware en el campo sólo sirve la mitad de manera confiable, siempre y cuando todos los dispositivos provengan de la misma empresa.

Pero, ¿es esto lo que realmente se quiere?

 

Lo que hay de cierto

Con EtherCAT, aunque con el tiempo se han incorporado muchas nuevas funciones, sólo hay una versión del protocolo. Los dispositivos actuales pueden operar sin problemas en plantas instaladas en 2004. Además, la interoperabilidad con EtherCAT no es un sueño del futuro, sino que ha sido probada miles de veces.

Al igual que la variedad de dispositivos disponibles, los más de 2.000 fabricantes registrados de dispositivos EtherCAT envían una señal más que evidente. Mientras tanto, el 94% de los proveedores de automatización que están en el OPC FLC Steering Com­mittee ofrecen productos EtherCAT ya disponibles hoy en día y probados en el campo.

 

Lo que muestra la experiencia

Según Martin Rostan, todo lleva más tiempo de lo esperado al comienzo. Mucho más. Incluso en un futuro previsible, nada en serio se puede afirmar sobre TSN. El estándar IEEE, que tiene que ver con la sincronización en el tiempo y, por lo tanto, con todas las demás funciones en tiempo real, está de nuevo en fase de discusión. El concepto de configuración independiente del proveedor está en una etapa muy preliminar. Los primeros chips TSN para dispositivos con características preliminares recién se mostraron en la feria Embedded World en febrero de este año. Allí también se hablaba de algunos chips multipuerto, pero todavía no hay noticias de switches TSN en el mercado.

Pero esto realmente no importa tanto, ya que faltan muchas cosas en cuanto a software. OPC UA PubSub fue lanzado en 2018 y ha sido modificado por una enmienda este año, pero hasta hoy no hay gestión de red ni perfiles de dispositivo.

La especificación OPC UA for Devices (DI) no es un perfil de dispositivos, sino que describe cómo se lo puede escribir. Hasta ahora no hay un perfil de E/S ni tampoco perfiles para dispositivos de E/S o accionamientos modulares. Además, se debe construir primero todo el ecosistema: soporte y capacitación, pruebas de conformidad y certificación, etc.

En combinación con TSN (Time Sensitive Networking), se llegará a un nivel de performance suficiente en algunas aplicaciones del estándar actual. Y descartará a algunos de los perdedores de la guerra del fieldbus, pero no a los ganadores, que son aceptados y utilizados en todo el mundo por buenas razones técnicas. Y esto es lo mejor para los usuarios.

En este sentido, el éxito de EtherCAT no está en la gran cantidad de empresas que lo soportan, sino que lo soportan por ser tecnológicamente convincente. No está claro entonces cuál es la ventaja de una caja OPC FLC TSN IP65 con 8 entradas digitales y conectores M8 de 8 polos todavía no estandarizados y un balance de energía desfavorable debido a Gbit/s Ethernet versus un dispositivo EtherCAT, que incluso es más rápido hoy en día.

El potencial de TSN es considerablemente mayor para la conexión en red de líneas de producción, donde los controles sincronizados y los bajos tiempos de latencia permiten coordinar mucho mejor las interacciones entre máquinas. Es allí donde mejor responden las tecnologías TSN y donde serán utilizadas por EtherCAT.

 

Preparado en base a una presentación del Dipl.-Ing. Martin Rostan, director ejecutivo, EtherCAT Technology Group.

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