IIoT suma valor en una planta, además de ofrecer soluciones interesantes en la recolección de datos de campo.

Las instalaciones de sensores y dispositivos inteligentes están floreciendo por doquier, convirtiéndose en componentes básicos de cualquier iniciativa IoT (Internet of Things). Dentro de este contexto, los dispositivos inteligentes, al ser más robustos y con capacidad para conectarse de forma segura a través de la Internet, pueden funcionar como componentes clave en IIoT.

Las empresas de manufactura y procesamiento están implementando rápidamente proyectos de IIoT por los beneficios esperados y ya comprobados en otras empresas del mismo sector. Los instrumentos wireless compatibles con IIoT son mucho más fáciles de instalar que los dispositivos cableados convencionales y permiten monitorear condiciones de máquina, procesar equipos y medir condiciones en casi cualquier lugar para identificar inconvenientes antes de que se conviertan en problemas más serios.

Un buen ejemplo es usar IIoT para medir fácilmente calidad de agua de manera constante. Este método es aplicable en una gran variedad de sistemas de agua, tales como lagunas de enfriamiento o reservorios de torres de enfriamiento. Los ejemplos identificados en este artículo se refieren a calidad de agua de superficie en las más remotas ubicaciones, tales como ríos y lagos, como así también en instalaciones de acuicultura. Por supuesto que estos conceptos de IIoT se pueden extender a cualquier situación de monitoreo remoto.

Al respecto, hoy en día, los ecosistemas digitales han progresado y se dispone de una amplia gama de sensores, comunicaciones, software, analítica y visualización, lo que permite a los usuarios monitorear y recibir alertas acerca de las condiciones medidas.

 

Hablando de agua

Monitorear la condición de un agua de superficie es una tarea bastante crítica. Son muchas y variadas las consecuencias de un agua contaminada. Por ejemplo, debe haber un cierto nivel mínimo de oxígeno disuelto para mantener una vida acuática saludable, mientras que demasiado oxígeno puede dañar las bacterias buenas que suelen descomponer los desechos.

Por su parte, los productos químicos u otros materiales presentes en un agua contaminada pueden ser tóxicos y causar problemas de salud a los humanos o a la vida silvestre que bebe o simplemente entra en contacto con el agua. Algunos productos químicos son nutrientes que podrían promover el crecimiento de algas que pueden agotar rápidamente el oxígeno en el agua y, a su vez, causar la muerte repentina de peces.

Las buenas prácticas de monitoreo deben identificar éstos y otros problemas en una etapa temprana de modo que puedan ser abordados rápidamente antes de que se desarrollen condiciones más graves.

 

Figura 1. Los métodos tradicionales de monitoreo de un agua de superficie implicaban viajar a los sitios con problemas, algo costoso y que lleva a datos incompletos. (Endress+Hauser)

 

¿Qué se puede hacer?

Un primer paso a la hora de resolver cualquier problema es recolectar datos. Medir las condiciones del agua es la única forma de comprender no sólo el estado instantáneo, sino también las condiciones históricas y una posible tendencia. Registrar, visualizar y analizar estos datos también es la única manera de determinar si una acción correctiva está teniendo el efecto deseado.

La naturaleza remota y al aire libre de las ubicaciones de un agua de superficie plantea numerosos desafíos para la medición (figura 1).

En el pasado, los investigadores tenían que viajar periódicamente a estos cuerpos de agua y tomar muestras para su posterior análisis, lo cual significaba un método costoso y que insumía mucho tiempo, además de introducir errores y llevar a deficiencias en los datos.

Hoy en día, IIoT permite implementar fácilmente muchas tecnologías de medición inteligente en el análisis de agua, donde los parámetros que interesan son:

  • Conductividad
  • Oxígeno disuelto
  • pH
  • Temperatura

Una conductividad alta puede indicar contaminación por productos químicos o metales. El rol clave del oxígeno disuelto ya ha sido mencionado. La medición del pH del agua indica si el agua es demasiado ácida, que es otra condición que puede amenazar la vida acuática. Por último, una temperatura elevada del agua no es contaminante, pero puede ser peligrosa para la salud de la vida acuática y, junto con otras condiciones, puede aumentar la posibilidad de que florezcan algas.

Combinadas, estas cuatro medidas ofrecen un amplio perfil de la salud del agua. En consecuencia, instalar un buen sistema de medición de estos parámetros es clave para la protección del medio ambiente.

 

Figura 2. Las tecnologías de sensores de agua y los transmisores de conductividad, oxígeno disuelto y pH permiten implementar una medición continua incluso en ubicaciones difíciles. (Endress+Hauser)

 

Métodos de medición

Gran parte de las tecnologías de sensores que se usan para medir calidad de agua son bien conocidas, aunque se las debe configurar para un entorno al aire libre (figura 2).

Los sensores de conductividad miden la capacidad del agua de conducir una corriente eléctrica; una mayor conductividad indica un elevado número de iones debido a la presencia de sales disueltas o materiales inorgánicos. La contaminación del agua puede ser una razón de una conductividad inesperadamente alta.

Hoy en día se dispone de sensores ópticos y amperométricos de oxígeno disuelto que ofrecen una medición de oxígeno exacta y confiable con un mantenimiento mínimo.

Los cuerpos de agua naturales suelen tener un pH entre 6,5 y 8,5. La mayoría de los sensores de pH usan un electrodo de vidrio y pueden medir en un rango más extendido que éste.

Una característica adicional de muchos sensores de pH y conductividad es la incorporación de un sensor de termorresistencia (RTD) Pt1000, que ofrece una lectura de temperatura. Este sensor de platino tiene una resistencia nominal a 0°C de 1.000 ohm.

En el monitoreo del agua de superficie, es importante seleccionar sensores capaces de resistir extremos de corrosión, humedad, suciedad e incrustaciones. Deben ser fáciles de instalar, atender y calibrar. Sensores más avanzados, tales como los sensores analíticos de Endress+Hauser con tecnología Memosens, incorporan la información de calibración de fábrica y la comunican al transmisor cuando se los conecta, simplificando el mantenimiento.

Estos sensores utilizan tecnología digital que les permite conectarse fácilmente a un transmisor digital universal, de modo que los datos estén fácilmente disponibles para los sistemas de monitoreo remoto.

 

Figura 3. Netillion Smart System de Endress+Hauser incluye sensores, un transmisor y los accesorios necesarios para implementar un sistema completo de monitoreo de agua de superficie ‘all in one box’ y los conecta a Netillion IIoT Cloud.

 

Todo junto

En lugar de adquirir sensores y dispositivos de distintos proveedores y tratar de que trabajen en conjunto, lo aconsejable es tener todos los sensores y el transmisor multicanal asociado como un paquete de una sola fuente. Este tipo de paquete con sensores tradicionales e instrumentación moderna es clave para implementar un sistema compatible con IIoT de manera rápida y económica (figura 3).

Estos kits de instrumentación contienen sensores con conectividad inteligente al transmisor, lo que simplifica la instalación, la operación y el mantenimiento al aportar información de calibración y valores medidos.

En los sistemas de medición de agua, es importante la posibilidad de incorporar un dispositivo celular, lo que permite que el sistema actúe como un dispositivo de IIoT con conectividad a la nube, convirtiendo el transmisor en un gateway de información que suministra datos de sensores.

La transmisión de datos sin procesar es sólo el comienzo. Un sistema completo como Netilion Smart System de Endress+Hauser para agua de superficie incorpora, además del hardware necesario, conectividad a una nube IIoT asociada. La funcionalidad básica permite a los usuarios visualizar todos los valores de datos utilizando una app móvil compatible.

Otras características avanzadas útiles para el monitoreo de agua de superficie incluyen:

  • Vistas generales orientadas geográficamente, indicaciones de ubicación e información de dispositivos;
  • Historial de datos de valores medidos con vistas gráficas;
  • Notificación de eventos límite y de alarma y reconocimientos, con una descripción general;
  • Visualización de mensajes de estado NAMUR NE 107.

Los usuarios podrán ensamblar y configurar el sensor, el transmisor, la comunicación, la nube y elementos de monitoreo. Al mismo tiempo, un sistema preconfigurado diseñado para el monitoreo de agua de superficie probablemente sea la forma más económica, conveniente y confiable a la hora de monitorear puntos de medición desde cualquier lugar y en cualquier momento.

 

IIoT mejora la industria pesquera

La acuicultura, o piscicultura, es una industria importante a nivel mundial. En todas las etapas de esta actividad, la calidad del agua es un factor más que importante.

El tema de la calidad del agua en acuicultura es parecido al que se da en el monitoreo de agua de superficie, donde la medición de oxígeno disuelto es clave. Pero en acuicultura, además de las aplicaciones generales de monitoreo de agua, es necesario conocer la cantidad de amonio en el agua.

Los peces crecen mejor cuando el nivel de oxígeno disuelto es el adecuado para su salud. Muchas operaciones de acuicultura incorporan una aireación activa. En este caso, además de monitorear las mediciones de oxígeno disuelto, también se pueden optimizar los niveles de aireación.

Las concentraciones de amonio varían según la alimentación y la excreción de los peces, y también en función del desempeño del tratamiento de agua. Una medición continua de esas concentraciones es importante para garantizar que el amonio se mantiene en niveles seguros y para facilitar una respuesta proactiva si la tendencia va por mal camino.

Las concentraciones de amonio pueden afectar negativamente la salud de los peces de cultivo; otra consecuencia es que una alta concentración en la descarga de la planta de cultivo puede llegar a tener un efecto ambiental negativo, ya que promueve el crecimiento de algas.

La instalación de sistemas de IIoT que usan tecnologías de medición de agua y vinculados a la nube y dispositivos móviles, es un paso positivo a la hora de gestionar y optimizar activamente la acuicultura. Los usuarios finales podrán conocer la salud de sus operaciones, realizar cambios para mejorar el desempeño y recibir alertas con notificaciones de alarma remotas antes de que potenciales inconvenientes se conviertan en problemas importantes.

 

Palabras finales

Los recursos hídricos de superficie son vulnerables a muchos tipos de contaminación física, química y biológica que pueden dañar personas, animales y plantas.

La recolección y el análisis de datos mejorados y automatizados son clave para conocer la calidad del agua e identificar las fuentes más importantes de contaminación. Afortunadamente, se dispone de instrumentos y métodos de IIoT que permiten establecer un programa integral de medición y monitoreo. Es un primer paso necesario para la protección de los recursos hídricos.

 

Preparado en base a un documento técnico elaborado por Ryan Williams, de Endress+Hauser.

El software para un sistema HMI unificado centraliza la gestión de dispositivos y los datos de máquina, ampliando la utilidad y haciendo crecer la conectividad de una empresa.

Las líneas de producción, cada vez más conectadas y de mejor desempeño, requieren avances en automatización. Mientras los sensores y los PLCs son cada vez más inteligentes, el software para un sistema de operación y monitoreo HMI también muestra un crecimiento tecnológico acorde.

Hoy en día, la última generación de software para HMI ofrece importantes avances:

  • Mejores características gráficas;
  • Incorporación de aplicaciones de productividad;
  • Capacidad de conectarse a una mayor variedad de dispositivos;
  • Posibilidad para los usuarios de definir sus propios scripts y canales de datos en las plataformas abiertas de HMI.

Estos avances están optimizando las HMIs industriales a la hora de usar dispositivos en aplicaciones de IIoT.

 

Optimización de IIoT gracias a avances en software para HMI
Figura 1. Los paneles WinCC Unified HMI de Siemens brindan soporte para reconocimiento de gestos multitáctiles, junto a tecnologías web, tales como HTML5, SVGs y JavaScript.

Mejor tecnología operativa

La digitalización pasó de ser una ventaja competitiva en manufactura a un imperativo competitivo en cuanto a rentabilidad, longevidad y capacidad de respuesta a las tendencias del mercado. El software para una HMI unificada responde a estos desafíos al permitir la implementación de aplicaciones sofisticadas, responsivas y ricas en funciones, con destino a la era digital.

Esta nueva ola de software para HMI, que corre en dispositivos dedicados o PCs, está más en sintonía con los teléfonos inteligentes modernos que con sus toscos y anticuados predecesores. Las pantallas HMIs modernas de Siemens, basadas en WinCC Unified, proveen aplicaciones preinstaladas para visualizar documentos, observar clips multimedia instructivos y acceder a sistemas externos basados en la web. Gestos multitáctiles mejorados, tales como zoom y paneo, permiten una navegación fluida de documentos y web (figura 1). Los operadores pueden usar deslizamientos multitáctiles para cambiar de pantalla y recorrer listas.

El soporte para distintas tecnologías web nativas, tales como HTML5, SVGs (Scalable Vector Graphics) y JavaScript, es cada vez más común. Esta funcionalidad permite personalizar y animar HMIs, y pasar de gráficos basados en píxeles a gráficos basados en vectores, lo que mejora la estética en pantalla y la visualización de la máquina.

La capacidad de servidor web permite a operadores autorizados acceder de forma remota a las aplicaciones de HMI desde cualquier dispositivo capaz de alojar un navegador web, por ejemplo una computadora portátil, un teléfono inteligente o una tableta, sin necesidad de instalar apps o plugins. Esto abre la posibilidad de colaboración entre el personal de planta y los ingenieros en la oficina, facilitando así la resolución de problemas.

 

Optimización de IIoT gracias a avances en software para HMI
Figura 2. Las nuevas pantallas HMI de Siemens Comfort Panel, configurables en el entorno WinCC Unified, soportan el uso compartido de gráficos, tags, alarmas y datos de producción entre múltiples dispositivos para promover una creciente colaboración.

 

HMI, colaboración IIoT y conectividad

Sea cual sea el tamaño de una empresa, la colaboración es vital para mejorar las operaciones. Para promover esa mayor colaboración, el software para una HMI unificada debe soportar el uso compartido de pantallas, etiquetas, alarmas y datos de producción entre múltiples dispositivos en el piso de planta, almacenando todos los datos en una ubicación central (figura 2). Los dispositivos HMI modernos también soportan transmisión de datos sobre múltiples protocolos, tales como MQTT (Message Queuing Telemetry Transport), para su conexión a la nube.

Independientemente del trazado de la planta, es una ventaja consolidar todos los datos de producción para análisis y mejora de un proceso. En el pasado, cada tipo de máquina solía requerir su propio driver de terceros para transferir datos a una ubicación central, pero ahora el software para una HMI unificada supera este obstáculo.

En base a plataformas como .NET, la conectividad de un sistema de software para HMI unificada va más allá de los historizadores basados en planta para llegar a flujos de trabajo organizacionales de mayor nivel en sistemas MES (Manufacturing Execution System) y ERP (Enterprise Resource Planning).

La integración de un software para HMI unificada con estos flujos de trabajo define las reglas y acciones destinadas a procesos de negocio afectados por disparadores provenientes de datos de producción. También es posible monitorear KPIs (Key Performance Indicators) de producción e incluir estos datos en los reportes de los procesos de negocio.

Al instalar apps opcionales dentro de un entorno de software para HMI unificada, los operadores pueden recibir alertas y notificaciones móviles relacionadas con la producción mediante una app paralela instalada en su teléfono inteligente, reloj inteligente o tableta.

 

Optimización de IIoT gracias a avances en software para HMI
Figura 3. El software WinCC Unified HMI de Siemens facilita la gestión de numerosos dispositivos. El escalado es sencillo gracias a una biblioteca común de objetos de aplicación.

 

Ecosistema de software compartido

La clave para tener conectividad en toda la planta es el ecosistema de software compartido de una HMI unificada. Software compartido significa que se utiliza un solo entorno de desarrollo y tiempo de ejecución de HMI con todos los dispositivos de visualización, o sea computadoras de sala de control, teléfonos inteligentes, tabletas y HMIs de panel. Todas las interfaces de visualización comparten una biblioteca común de objetos de aplicación, SVGs y scripts. Puesto que los símbolos se pueden reutilizar en todos los tipos de dispositivos, deja de gastarse tiempo y dinero en desarrollar nuevos gráficos a medida que se va ampliando la producción de la planta y se pueden colocar dispositivos de visualización adicionales online (figura 3).

Las ventajas de un software compartido no terminan a nivel de HMI. El software para una HMI unificada viene con su propio conjunto de apps, lo que permite seleccionar y construir de manera modular su infraestructura de software para adecuarse a las necesidades específicas de una empresa. Estas apps ofrecen integración del flujo de trabajo, intercambio de datos máquina a máquina (M2M), visualización y análisis de datos, gestión central de dispositivos y otras funciones.

La gestión central de dispositivos, también conocida como gestión de política de grupos, es un concepto familiar en cuanto a dispositivos móviles, pero no tan común entre HMIs industriales. El software para una HMI unificada introduce esta capacidad para facilitar el control de versiones, la aplicación de parches de seguridad y la administración de apps en dispositivos HMI a nivel de empresa en base a reglas y asignación de grupos de dispositivos definidas por el administrador. Esto garantiza que los dispositivos serán utilizados sólo para los fines autorizados y que estarán protegidos contra vulnerabilidades de seguridad.

Para los usuarios, un ecosistema de software compartido es parecido en todas las interfaces de visualización y control, incluso dispositivos móviles. Esto se traduce en una mayor familiaridad del operador y una mejor toma de decisiones, ya que se requiere menos esfuerzo para comprender múltiples interfaces, liberando tiempo para concentrarse en mejoras operativas. Una interface paralela e intuitiva entre dispositivos también puede evitar una eventual frustración del usuario.

 

Apertura para plantas modernas

Además de la consistencia en todo su propio ecosistema de software, el software para una HMI unificada brinda a los usuarios la posibilidad de importar controles y archivos personalizados. También es posible importar objetos creados con herramientas de terceros en el software para HMI unificada, los que pueden ser desplegados en aplicaciones de runtime (figura 4).

Asimismo, la apertura del software permite el intercambio de grandes cantidades de información con bases de datos y otros sistemas mediante el uso de marcos comunes .NET y C++.

 

Optimización de IIoT gracias a avances en software para HMI
Figura 4. Es posible importar objetos personalizados creados con herramientas de terceros en el software WinCC Unified HMI. Estos objetos podrán ser utilizados en aplicaciones de runtime, y también para desarrollar APIs abiertas destinadas a un control web personalizado de apps externas.

 

Los usuarios podrán crear APIs (Application Programming Interfaces) abiertas para integrar con flujos de trabajo de negocio y de producción. También podrán inyectar su programación personalizada en el ADN del software para la HMI unificada como APIs abiertas.

Por ejemplo, podrán crear reportes comparativos e indicios de depuración para capturar errores en el código de aplicación o en las configuraciones de los dispositivos antes de que se pongan de manifiesto, lo que reduce el tiempo de comisionamiento y mitiga los riesgos de un mal funcionamiento de una máquina.

La apertura de aplicaciones ofrece la accesibilidad necesaria para analizar datos generados en toda la planta, sin que aparezcan ineficiencias innecesarias o una parada. La apertura del runtime permite que apps de terceros tengan acceso directo a tags de runtime  de HMI y controles web personalizados a fin de conseguir una mayor flexibilidad de los equipos y de los flujos de trabajo. 

Las herramientas de recolección de datos offline están incorporadas de forma nativa para enviar datos a un servidor designado, lo que permite intercambiar grandes cantidades de información con sistemas de bases de datos, como así también compartir pantallas, tags, archivos de eventos y alarmas históricas.

 

Foco en la seguridad

Atrás quedaron los días en que la seguridad era algo de último momento. Al aparecer brechas en la industria cada vez con mayor frecuencia, es necesario encarar firmemente la seguridad del software. En este aspecto, el software para una HMI unificada incorpora varias medidas destinadas a proteger contra un acceso no autorizado.

Los dispositivos HMI unificados contienen capas separadas de panel de control y runtime incorporadas por encima del sistema operativo. Un administrador de sistema puede permitir que cada usuario tenga acceso a una o ambas capas y también configurar una autorización de usuario para acceder al sistema operativo. Las aplicaciones por default, las apps de usuario y las APIs residen en la capa de panel de control, mientras que la capa de runtime maneja la aplicación HMI familiar para control del sistema de producción.

Un administrador puede habilitar y deshabilitar puertos físicos (USB, Ethernet y buses), como así también SNMP y protocolos de transferencia. Con gestión central de dispositivos, un administrador puede crear reglas que permitan o rechacen ciertas aplicaciones para cada grupo de dispositivos y gestionar parches de seguridad para todos los dispositivos conectados en la empresa.

A diferencia de un software para HMI más antiguo, no hay necesidad de un software de gestión central de terceros ya que el mismo software para la HMI unificada, que está destinado a programación y runtime, incluye todas las herramientas necesarias para la gestión central de dispositivos. Este software también permite la integración de dispositivos y datos con otras aplicaciones. La comunicación entre todos los dispositivos que se ejecutan en un software para HMI unificada está encriptada y las HMIs pueden ser configuradas para contar con un respaldo de sistema automático a fin de evitar la pérdida de datos.

 

HMIs para el futuro

El creciente número de dispositivos inteligentes y sistemas de software conectados a nivel de empresa en plantas industriales de todo el mundo requiere una tecnología de software para HMI en constante desarrollo. El software para una HMI unificada ofrece modernas cualidades de interface gráfica y, al mismo tiempo, permite tener conectividad con una multitud de dispositivos externos y sistemas de software.

Al implementar estos avances y seguir evolucionando, se podrá mantener una ventaja competitiva, aumentar la producción y mejorar la eficiencia.

 

Preparado en base a una presentación de Ramey Miller, gerente de Siemens Industry Inc., con el asesoramiento del Ing. Andrés G. Gorenberg, gerente Factory Automation, Siemens Industrial.

Un poderoso dúo para IIoT

Diciembre 15, 2020

Combinando IO-Link y servicios de nube, se consigue un flujo continuo de datos desde el sensor a la nube y viceversa.

Un poderoso dúo para IIoT
IO-Link permite a los sistemas de mayor nivel acceder a datos adicionales en paralelo al valor medido, conformando así una poderosa herramienta para mantenimiento predictivo.

Los servicios de nube de los cuatro gigantes tecnológicos Apple, Microsoft, Amazon y Google simplifican considerablemente nuestro trabajo diario; por ejemplo, ya no hay necesidad de almacenar fotos de vacaciones en la memoria limitada de un teléfono inteligente, bastando una carpeta personal online.

Las empresas, naturalmente, también pueden aprovechar los beneficios de la computación de nube en aplicaciones industriales, con requerimientos especiales pero con un solo objetivo común: usar los datos de manera eficiente pero sin cargar innecesariamente la red y la capacidad de memoria.

También se requieren nubes industriales para filtrar los valores de interés a partir de la gran cantidad de información recolectada por distintos dispositivos de campo, tales como sensores y cabezales de lectura/escritura RFID, reduciendo así Big Data a datos inteligentes.

La nube es mucho más que una simple instalación de almacenamiento de memoria. Por el contrario, soporta a los usuarios con una rápida integración de dispositivos recién conectados, brinda alertas automáticas acerca de cualquier anomalía crítica que pudiera ocurrir o visualiza los tiempos operativos de distintas herramientas.

Dentro de este contexto, Turck ofrece comunicación de extremo a extremo desde el sensor directamente hasta la nube y lo hace en ambas direcciones, lo que se traduce en un intercambio inteligente entre el nivel de campo, el controlador, la nube de datos y el operador de servicio tan pronto como sea necesario.

 

IO-Link facilita el acceso a datos adicionales

Hoy en día, el estándar de comunicación IO-Link permite comenzar la digitalización en el entorno directo de máquina.

Al respecto, muchos dispositivos de campo están equipados ahora con procesadores que proveen información además de los datos de usuario, por ejemplo datos de diagnóstico o información del dispositivo.

IO-Link facilita el acceso de los sistemas de mayor nivel a estos valores adicionales en paralelo con el valor medido actual. Esto convierte un dispositivo IO-Link, por ejemplo un sensor, en un participante que habla, lo que, a su vez, aumenta la usabilidad de los servicios de nube en el otro extremo de la pirámide de automatización. Con IO-Link y soluciones de nube, se combinan dos tecnologías de avanzada para asegurar una continuidad de extremo a extremo ‘hasta el último metro’.

 

Preprocesamiento de señales con inteligencia descentralizada

Se necesita inteligencia remota para restringir el uso de datos inteligentes por encima del nivel de campo.

En otras palabras, las señales deben estar ya preprocesadas en el módulo de fieldbus.

El maestro IO-Link TBEN-L-8IOL de Turck, por ejemplo, permite a los usuarios configurar directamente qué variables se transfieren a la nube. La evaluación remota de los datos también significa que las mediciones de tiempo crítico se pueden realizar en el campo sin causar una carga adicional en las redes de comunicación, lo que asegura que incluso las secuencias de proceso completadas en ciclos de milisegundos no verán alteradas, quedando disponibles sólo los datos específicos para su uso posterior.

La nube ofrece varias rutas para hacerlo: por medio de cables que usan el controlador TBEN-L5-PLC-10 IP67 de Turck o a través de una conexión wireless que utiliza el gateway de nube TCG20 IP67 con WiFi o una red móvil.

 

Identificación de dispositivos junto con actualización de IODD

¿Dónde se pueden ver los beneficios de la nube e IO-Link? Por ejemplo, en la identificación de dispositivos cuando el personal técnico pone en marcha un sensor o realiza mantenimiento. Estas operaciones pueden insumir tiempo valioso y también son fuente de errores ocasionales.

En consecuencia, tiene sentido conectar la nube a una base de datos central con todas las descripciones de dispositivos IO-Link. De esta manera, un dispositivo recién conectado en el campo transfiere su ID de fabricante y dispositivo a la nube, incluyendo los parámetros y las propiedades de la comunicación.

Luego se lleva a cabo una comparación con la base de datos para identificar la IODD correspondiente al sensor. La nube también visualiza datos del dispositivo y puede adaptar parámetros en el dispositivo si es necesario.

 

Intercambio rápido del sensor cuando ocurre una falla

El mismo concepto se aplica a la hora de reemplazar dispositivos en caso de una falla. Tan pronto un sensor reporta una falla, esta información es enviada directamente a un operador por medio de la nube.

Para lograrlo también es posible programar alarmas para enviar notificaciones por email o SMS, además de notificaciones visuales en el tablero de control.

Puesto que la configuración del sensor puede ser almacenada en la nube, el dispositivo IO-Link fallado puede ser reemplazado inmediatamente sin ningún problema. El intercambio bidireccional de información permite que la nube identifique el tipo de sensor de reemplazo conectado y lo configure con los parámetros adecuados.

 

La nube, de manera independiente, utiliza información proveniente del dispositivo IO-Link inteligente para identificar un sensor.
El sensor inductivo señala si su target se ha desviado de la distancia de conmutación especificada, lo que indica un posible desgaste.
El sensor ultrasónico también indica la acumulación de espuma sobre la superficie, además de brindar el valor del nivel.
Los usuarios pueden ver en el tablero de control en la nube las horas de operación de cada herramienta individual.

 

Alerta del desgaste mecánico

Los datos adicionales de IO-Link también pueden brindar información acerca de un pobre funcionamiento mecánico. Si un sensor inductivo monitorea, por ejemplo, el movimiento de un perno, también puede brindar información acerca de la distancia de conmutación, además del pulso de conmutación. Tan pronto el target llega a una distancia crítica respecto del sensor, esta situación también puede indicar un creciente desgaste, ya que el perno tiene demasiado juego.

La nube notifica a los operadores de mantenimiento para que actúen antes de que el target se salga del alcance de medición. En este caso, las notificaciones tempranas permiten que se pueda realizar el servicio antes de que se llegue a ese estado.

 

Valor adicional para monitoreo de condiciones

Un sensor ultrasónico también aporta datos acerca de la calidad de la señal además de la distancia, lo que brinda la posibilidad de recibir, además del dato de nivel, una alarma, por ejemplo, si hay acumulación de espuma sobre la superficie del líquido, lo cual podría afectar el valor medido.

En este caso, IO-Link extiende el monitoreo de condiciones para iniciar un segundo monitoreo.

Al mismo tiempo, la nube asegura que la información relacionada con el nivel y la superficie llegue a los operadores, sin importar la ubicación o el dispositivo terminal.

 

Tener los parámetros de proceso a la vista

Otro valor agregado es que se pueden registrar los parámetros de proceso que interesan por medio de información adicional en la nube. Si en una máquina se usan distintas herramientas, los operadores deberán tener en cuenta su vida útil especificada siempre que sea posible. En este caso, los parámetros de proceso de cada herramienta pueden ser transferidos a la nube de modo de poder usar o guardar estos datos.

Por ejemplo, utilizando un acoplador inductivo de Turck, luego de un cambio de herramienta, la herramienta y la nube proceden a un intercambio sin contacto de valores, tales como el tiempo de operación entre las dos herramientas.

De esta manera, los usuarios podrán ver en la nube el número de horas durante las cuales se usaron las herramientas individuales o la parada de una máquina en particular.

 

Un poderoso dúo para IIoT
Un poderoso dúo para IIoT
El servicio de nube de Turck puede estar alojado en el servidor local del usuario o como nube pública en el centro de datos principal, donde la comunicación se maneja a través de un protocolo encriptado.

 

Digitalización ‘hasta el último metro’

Conectar juntos IO-Link y los servicios de nube facilita la digitalización de extremo a extremo de todos los sensores individuales en una máquina. Es un concepto clave en tareas de comisionamiento y mantenimiento, monitoreo de condiciones u optimización de procesos.

La nube lleva los datos de dispositivos y máquinas a las pantallas de los distintos dispositivos terminales, aportando información acerca del sobrepaso de un valor límite o de fallas, con lo que, gracias a la comunicación IO-Link bidireccional, se convierte en un nodo de sistema activo, por ejemplo para comparar información de dispositivos en una base de datos.

 

Preparado en base a una presentación de Christian Knoop, de Turck. 

En la Argentina: Aumecon S.A.

Según un reciente reporte elaborado por Yokogawa, las redes de tecnología operativa (OT) son cada vez más vulnerables a ciberataques como resultado de ‘puntos ciegos’ provocados por la transformación digital e IIoT. El reporte subraya la vulnerabilidad de las redes OT en aplicaciones críticas de infraestructura, por ejemplo en manufactura.

Según Donal Bourke, gerente de Yokogawa UK & Ireland, la transformación digital e IIoT, si bien ofrecen enormes beneficios, “si no están correctamente diseñadas y gestionadas, pueden generar un serio peligro. La digitalización y la adopción de nuevas tecnologías que facilitan aspectos como interoperabilidad, flujo de información y conocimiento de datos, pueden generar un ‘punto ciego’ de OT propenso a ser explotado por acciones delictivas o por hackers. Estas acciones apuntan cada vez más a una infraestructura crítica generando ataques con el potencial de disrumpir el funcionamiento normal de una sociedad, por ejemplo generación de energía".

A diferencia de los ciberataques en los sistemas informáticos (IT), los ataques en las redes OT son mucho más significativos y pueden tener implicancias mucho más graves. Según Bourke, "alguna vez, los entornos industriales eran considerados inmunes a un ciberataque gracias al empleo de técnicas de aislación física de redes. Pero esto ya no es cierto en digitalización, que ha facilitado la convergencia de IT y OT pero que ha generado una mayor superficie de ataque de amenazas que los malintencionados pueden aprovechar para lograr acceso a los sistemas integrados de control y seguridad de una instalación. Los hackers de hoy en día reconocen las vulnerabilidades de los sistemas OT y están buscando asiduamente formas de comprometerlos.

El reporte destaca el hecho de que la seguridad de OT está en su infancia si se la compara con la seguridad de IT, a pesar de un riesgo magnificado, e insta al gobierno y a la industria a adoptar un enfoque holístico.

Según Bourke, “no hay una solución tecnológica mágica que mitigue el riesgo de ciberseguridad en un momento en que aumentan la convergencia de IT y OT, la amenaza a los sistemas de control y la falibilidad humana. La solución está en adoptar un enfoque más holístico que involucre capacitación, evaluaciones de riesgos, el desarrollo de políticas y procedimientos apropiados de OT e implementar una arquitectura de sistema que conforme un sistema de gestión de ciberseguridad integral a nivel de empresa."

Mantenerse un paso delante de los hackers es difícil, sobre todo por la continua evolución de las ciberamenazas, explicó Bourke. “Las reglamentaciones, con razón, buscan estar a tono, pero también convierten la ciberseguridad de OT es un desafío abrumador para la mayoría de las organizaciones.”

Ningún sistema es inexpugnable y se seguirán descubriendo vulnerabilidades en todo el dominio de OT. Incluso con una inversión generosa, ninguna planta podrá eliminar por completo su exposición al riesgo. Es lógico que un enfoque holístico de la ciberseguridad sea la única forma de mantenerse al día con las últimas generaciones de malware destinado a los sistemas de control industriales," concluyó Bourke.

La implementación del estándar elaborado por FDT Group en la industria es una estrategia con visión de futuro en la nueva era de automatización. La tecnología FDT soporta la transformación digital ofreciendo una plataforma abierta de integración de IIoT a nivel de empresa empoderada con nuevas características destinadas a movilizar operaciones remotas en tiempo real en el actual entorno pandémico de COVID. El objetivo es ampliar un acceso seguro a los datos críticos de los dispositivos a fin de aumentar la productividad y conformar un lugar de trabajo más seguro.

 

FDT y la transformación digital

FDT ha ido evolucionado de un entorno de escritorio con un solo usuario a un concepto cliente/servidor distribuido y multiusuario para integración en toda la empresa y gestión de activos. Dentro de este contexto, el reciente estándar FDT 3.0 ofrece un nuevo ecosistema FDT IIoT con novedosas funciones, tales como el servidor FDT, nativamente integrado con OPC UA y servidores web, y nuevos FDT/DTMs  (FDT Device Type Managers), que le aporta a la fuerza laboral industrial una interface de usuario web (webUI) destinada a movilizar operaciones remotas. El estándar también se destaca por su independencia automática de la plataforma.

La solución transformacional de FDT abre camino a la integración universal de dispositivos y ofrece una plataforma centrada en datos con opciones modernas y diversas de implementación, que incluyen entornos de nube, empresa, borde, local y oficina con un solo usuario. La clave estuvo en el desarrollo de características de movilidad y acceso remoto utilizando navegadores web estándar. El paso de un dispositivo físico a un dispositivo virtualizado remoto mejora las prácticas de gestión de activos, lo que permite a los usuarios finales configurar, diagnosticar y mantener los dispositivos de manera remota.

El entorno de DTM modernizado, inherente en FDT 3.0, también transforma el mundo de los desarrolladores de dispositivos. De hecho, el nuevo estándar facilita más que nunca la creación de FDT/DTMs compatibles. Gracias a sus componentes comunes, los DTMs quedan automáticamente compatibles con OPC UA (Unified Architecture), sin necesidad de codificación adicional, y cumplen con las recomendaciones NAMUR NE 107 para mantenimiento predictivo. Los DTMs FDT 3.0 permiten que los datos de dispositivo puedan estar disponibles automáticamente a través del servidor OPC UA integrado en el servidor FDT. Esto se traduce en novedosas capacidades, tales como mantenimiento basado en datos, integración de datos de planta en vivo con sistemas MES y ERP y gestión de activos como servicio.

Según FDT Group, "el límite es el cielo" en cuanto al estándar FDT 3.0 y al nuevo entorno de desarrollo modernizado. Hoy en día, los proveedores de automatización pueden desarrollar fácilmente nuevos productos utilizando modelos esenciales de negocio, basados en estándares, independientes de la plataforma y respaldados por información.

FDT 3.0 también incluye características de seguridad robustas e inherentes que eliminan la necesidad de que los proveedores desarrollen sus propios modelos detallados de seguridad.

El estándar FDT 3.0 se dirige tanto a proveedores como a usuarios finales:

  • Los proveedores ya no tienen que instalar un driver en la PC del cliente para demostrar su producto. En cambio, pueden mostrar las características de un dispositivo utilizando un servidor en la nube.
  • Con el nuevo FDThub, todos los DTMs están disponibles de manera inmediata en un repositorio online. Los clientes ya no tienen que buscar los DTMs correctos para su proyecto.
  • Los usuarios finales pueden instalar una sola instancia de un servidor FDT y hacerla accesible en todas sus instalaciones para su implementación. No hay necesidad de instalar múltiples aplicaciones FDT.
  • Todos los datos en tiempo real de los dispositivos instalados están disponibles automáticamente a través de OPC UA para cualquier aplicación a nivel de empresa, tales como MRP, ERP, tableros de control y CMMS.

 

Conclusión

El estándar actualizado de FDT Group simplifica el paso a IIoT e Industria 4.0 para todas las aplicaciones de proceso, híbridas y discretas.

Es el único estándar de configuración de dispositivos con movilidad incorporada, integración OPC UA nativa, seguridad robusta e independencia de la plataforma.

Los dispositivos de campo HART nos brindan toneladas de datos de alto nivel, pero todavía hay empresas que dejan información en el campo. ¿Cómo resolver el tema?

Todo lo que hay que saber acerca del protocolo HART e IIoT

Hay una tendencia a pensar que nuestras empresas están muy lejos de la innovación que va surgiendo todo el tiempo. Por supuesto que son muchas las preocupaciones a la hora de adoptar una nueva tecnología. A lo que se suma el costo de reconvertir la planta para la incorporación de lo nuevo. Además, muchas personas ni siquiera piensan en iniciar una conversación acerca de las posibilidades de aplicar una nueva solución.

Para salir de este estado de cosas, un primer paso es saber más acerca del protocolo de comunicación HART. Ver que puede aportar información importante y analizar las posibilidades de lograr una integración de bajo costo en la computación de nube de IIoT a partir de los dispositivos HART en el campo.

 

¿Qué es el protocolo de comunicación HART?

En el campo, muchos problemas se pueden resolver rápidamente recolectando datos de los dispositivos que se encuentran en el campo. Incluso cuando los dispositivos de campo sólo usaban señales analógicas 4-20 mA, todos tenían a su disposición el protocolo HART. ¡Pero sin usarlo!

El protocolo HART no es nuevo, pero aún teniendo un gran número de estos dispositivos instalados en distintos lugares del mundo, sus conceptos básicos no están claros para todos.

HART significa Highway Addre­ssable Remote Transducer  y el protocolo fue desarrollado a mediados de los años ’80. Recien en 1986, el protocolo de comunicación HART pasó a ser abierto, habiendo sido anteriormente un protocolo propietario.

HART es un protocolo híbrido donde la señal digital se superpone a la señal analógica 4-20 mA. Es el 4-20mA tradicional que todavía se usa en muchas plantas.

El protocolo HART, desarrollado en base al estándar Bell-202, modula/desmodula usando FSK (Frequency Shift Keying) y trabaja a 1.200 bps. La señal tiene dos frecuencias: 1.200 Hz representa ‘1’ y 2.200 Hz representa ‘0’. La técnica permite que el maestro se comunique con el esclavo sin ninguna interrupción en la señal 4-20 mA.

Todo esto es tan sólo una breve explicación del protocolo HART. Pero hay muchas otras cosas más, por ejemplo comandos HART, multi-drop HART, etc.

 

Diferencias entre HART y otros protocolos de fieldbus

Los dispositivos de campo HART ofrecen un nivel de datos similar al de sus contrapartes digitales; sin embargo, mientras un dispositivo digital siempre comunica los datos tanto si se los utiliza como si no, la mayoría de los dispositivos HART yacen en el campo con los datos bloqueados dentro de ellos.

Todos los dispositivos con el protocolo de comunicación HART facilitan una gestión inteligente de dispositivos (IDM según sus siglas en inglés), lo que también se puede encontrar en PROFIBUS, fieldbus Foundation y otros dispositivos digitales.

Multidrop, que es la manera digital de leer toda la información de los dispositivos HART, es muy lenta y no tan popular. Pero hay otras alternativas para rescatar toda esta información valiosa del campo sin tener que recurrir a multidrop.

Entonces, ¿cuál es la diferencia entre los dispositivos HART y los dispositivos digitales? Ninguna en cuanto al nivel de información que puede obtenerse de un dispositivo de campo. Todos ofrecen los mismos datos preciosos acerca del estado del dispositivo.

Del lado negativo, la forma estándar de instalar dispositivos HART significa que el sistema de control sólo lee la señal 4-20 mA, completamente diferente a como lo hace una red con dispositivos de campo digitales.

Del lado positivo, hoy se dispone de métodos cableados y wireless para obtener los datos desde el campo y convertir la información resultante en conocimiento aplicable, tal como ocurre, por ejemplo, en Netilion Health de Endress+Hauser.

 

Interfaces HART en una solución de nube IIoT

Hay dos alternativas para rescatar datos de IDM a partir de los dispositivos de campo HART sin un gasto excesivo de inversión y modificación en la planta.

En primer lugar, es importante señalar que la tecnología wireless es la manera más fácil de recolectar esta información. Con un adaptador Wire­less­­HART en los dispositivos de campo, es posible transferir todos los datos a un gateway WirelessHART.

Este gateway WirelessHART, por ejemplo Fieldgate SWG70 de Endress+Hauser, puede estar integrado en el dispositivo de borde y proveer todos los datos a la computación de nube IIoT.

La tecnología wireless es una solución ya establecida en numerosas industrias, por lo que muchos usuarios finales ya la están utilizando para resolver distintas aplicaciones.

En segundo lugar, si todavía uno no está familiarizado con el tema wireless, hay otra manera excelente de conectar los dispositivos de campo a la nube IIoT: los gateways HART, que usan la comunicación HART desde el lazo 4-20 mA y la integran en una plataforma IIoT, por ejemplo Netilion.

Por supuesto que, según la cantidad y la complejidad, un gateway HART puede significar un poco más de inversión que una solución wireless. Sin embargo, hay que tener en cuenta que sólo toma un par de meses conseguir el retorno de la inversión a la hora de implementar este tipo de solución en una planta.

Fieldgate SFG250, un gateway Ethernet HART, es otro buen ejemplo de implementación de IIoT en una planta. ¡HART sobre Ethernet es una de las maneras más sencillas de leer todos los datos que se necesitan sin tener dolor de cabeza al final del día!

 

¿Conviene instalar una solución IIoT en la planta?

¿Por qué no? IIoT no está tan lejos de la mayoría de los posibles usuarios. Los beneficios de los servicios de IIoT son claros y ofrecen muchas ventajas en una planta.

Por ejemplo, IIoT puede brindar un panorama claro de la planta para enterarse de que alrededor del 30% de los activos ya están obsoletos…

Utilizando uno de los servicios de IIoT, es posible registrar fácilmente los dispositivos a mano y crear un mellizo digital en la nube. Como alternativa, se lo podrá hacer automáticamente usando un dispositivo de borde.

Luego tendrá acceso a la analítica donde toda la información relacionada con la base instalada es presentada de manera transparente con una clara comprensión y poderosos gráficos. La analítica brinda toneladas de información, por ejemplo un panorama de todos los dispositivos y qué dispositivos ya no están disponibles. Todo esto permite reducir la complejidad y el trabajo de mantenimiento, entre otras cosas más.

 

Monitoreo de la salud de activos con el protocolo HART e IIoT

Netilion Health ofrece información acerca de dispositivos tanto de Endress +Hauser como de terceros. Se trate de cable o wireless, el gateway HART/WirelessHART se puede conectar a un dispositivo de borde, que se comunica de manera segura con la solución de nube y brinda toda la información de salud sin importar dónde se encuentre.

Es posible ver el estado de todos los dispositivos según lo define NAMUR NE 107. Cuando un dispositivo indica un diagnóstico o falla, se puede profundizar en la información aportada por el dispositivo y comprender cuál es el problema y cómo puede ser remediado.

También se puede obtener un historial del estado del dispositivo y ver cuándo y con qué frecuencia ocurrieron los eventos, para lograr así una imagen clara de la situación. Esto permite ahorrar mucho tiempo a la hora de resolver el problema y también dinero al evitar una parada no programada.

HART a la hora de cosechar los beneficios de la digitalización

Hay muchas plantas hoy en día que ya tienen instaladas enormes bases de datos de dispositivos HART que ofrecen el mismo nivel de información que la mayoría de las nuevas redes modernas.

Todos los dispositivos de campo HART ofrecen gestión inteligente de dispositivos (IDM), tal como ocurre con otros dispositivos digitales.

Además, sistemas digitales como Netilion pueden acceder a datos de dispositivos HART, abriendo la puerta a todos los beneficios de los servicios digitales. Gateways HART, tales como Fieldgate SFG250, aportan una solución que permite llevar toda la información HART a un servicio en la nube de IIoT. También, instalando un adaptador WirelessHART en paralelo al sistema analógico, es posible recolectar los datos digitales de manera wireless mediante el gateway sin afectar la señal analógica enviada al sistema de control.

Ambas soluciones ofrecen acceso a IDM y se conectan al gateway para saltar del campo a la nube, brindando una conectividad segura. Con los dispositivos conectados, el siguiente paso es acudir a los Servicios Netilion para aprovechar la digitalización del sistema.

Los nuevos dispositivos de campo suelen venir con dos protocolos digitales: la comunicación estándar, por ejemplo HART, y Bluetooth, que permite chequear todos los datos usando una app o conectándose a un gateway Bluetooth. FieldEdge SGC200 tiene una conexión directa a la nube, de modo que se puede aplicar el servicio Netilion Health a los dispositivos de campo conectados, facilitando el acceso a la información en cualquier lugar.

La reconversión de la planta es sencilla, ya que el protocolo HART ofrece toda la información necesaria para la comunicación digital.

 

Preparado en base a varias presentaciones de Fabricio de Andrade, gerente de Endress+Hauser Digital Solutions.

En muchísimas ocasiones es importante tener acceso a mediciones o al control de dispositivos en sitios muy alejados de la planta, o bien en activos que pertenecen a la empresa pero que están distribuidos en un área geográfica muy extensa (dentro del país o incluso en el extranjero).

Como ejemplos se puede mencionar mediciones en tanques con materia prima o productos terminados, control de bombas que toman aguas de pozos o de un río, monitoreo del caudal del agua retornada a un cauce natural luego del tratamiento, medición de nivel y temperatura en silos de granos, control de sistemas de riego artificial, monitoreo de calidad de agua, etc.

Monitoreo de sitios remotos con tecnología IIoT

Dispositivos Ranger

El objetivo de estos dispositivos de SignalFire es monitorear e incluso controlar activos remotos sin recurrir a sistemas tradicionales como SCADAs, PLCs, Remotas, etc.

La solución, que lleva los datos del sensor directamente a una interface en la nube, es fácil de usar y accesible desde una interface web, incluso desde un teléfono móvil. Se puede conectar a sensores existentes con salidas analógicas, de pulsos o discretas para monitorear distintos parámetros, tales como presión, nivel, caudal, temperatura, etc.

El GPS incorporado en el equipo también permite la geolocalización de los datos en aplicaciones con activos móviles, por ejemplo tanques de materia prima.

 

Monitoreo de sitios remotos con tecnología IIoT

 

Conectividad basada en IIoT

La solución celular integra lo más moderno en tecnología inalámbrica, permitiendo la conectividad directa desde un sensor a una plataforma en la nube.

Usando LTE-M (abreviatura de LTE Cat-M1), esta tecnología permite a los dispositivos de IoT conectarse directamente a una red 4G sin un gateway o enlace intermedio. El Ranger está diseñado para lo que se conoce como IIoT, o sea integración de información de planta o campo en Internet utilizando la estructura de las redes móviles (LTE M1).

 

Entradas/salidas

En su configuración estándar, el dispositivo Ranger dispone de una entrada analógica de 1-5 V o 4-20 mA, dos entradas discretas (que también pueden ser pulsos de caudalímetros, de hasta 2 kHz) y una salida discreta (relé tipo 'latch' de bajo consumo). En consecuencia, se lo podrá conectar a cualquier transmisor con salida 4-20 mA, alimentarlo con las baterías internas y reportar en intervalos configurables (por ejemplo, cada 30 minutos) el valor medido (presión, nivel o temperatura).

Si bien SignalFire ofrece servicio de servidor para que el usuario pueda acceder a los datos (alojamiento en servidores de AWS – Amazon Web Services), también puede enviar la información al sistema SCADA del usuario siempre que soporte el protocolo MQTT.

Como opcional, se puede agregar al Ranger un módulo que suma (2) Entradas analógicas y (1) Entrada discreta, por lo que se podría llegar a tener en un solo equipo hasta (3) AI, (3) DI y (1) DO. De esta forma, con un solo dispositivo se consiguen simultáneamente (3) mediciones de 4-20 mA o 1-5 V, hasta (3) mediciones de caudal (caudalímetros con salidas de pulsos) y la posibilidad de controlar algún dispositivo con la salida discreta (por ejemplo, una bomba o una válvula). 

También se dispone de un módulo con comunicación Modbus para facilitar la integración con los gateways tradicionales de SignalFire con tecnología de 900 MHz, o con cualquier otro dispositivo que use este protocolo (caudalímetros, computadores de caudal, PLCs, cromatógrafos, etc.).

 

Monitoreo de sitios remotos con tecnología IIoT
Entradas/salidas de un dispositivo Ranger.

 

Reportes de alarmas

Existe la posibilidad de recibir alarmas por email o SMS en caso de que se active alguna entrada discreta (por ejemplo, alguna alarma de alto o bajo nivel, presostato, etc.).

De esta manera, el usuario siempre estará alertado si ocurre alguna situación anormal.

 

Batería y autonomía

El dispositivo Ranger está dotado de un pack de baterías de larga duración. En cada transmisión de datos reporta al usuario la tensión de la batería (en mV) y el estado de la misma (si debe reemplazarse o no). Cuando sea realmente necesario, el reemplazo de la batería puede hacerse sin necesidad de retirar el equipo del lugar donde está instalado, ya que es apto para áreas clasificadas.

Como opcional, también está disponible con pack de alimentación solar que hace innecesario el reemplazo de las baterías y le otorga al sistema una autonomía de muchos años.

 

Configuración

La programación se hace a través de una interface USB con el software Ranger Toolkit, que puede ser descargado en forma gratuita de la página web de SignalFire. Con la aplicación es posible configurar los parámetros de conexión a la red (broker de MQTT), las características de las entradas y el intervalo de actualización de los datos.

Muchos de estos parámetros también pueden ser modificados luego desde la web, una vez que el equipo ya está instalado en su ubicación definitiva, sin necesidad de desplazarse hasta el sitio.

 

Integración de redes wireless de 900 MHz

Las soluciones de instrumentación inalámbrica de SignalFire están basadas en nodos que utilizan una estructura mesh y se comunican con un concentrador o gateway en la banda de 900 MHz. Esto permite resolver aplicaciones con muchos puntos de medición distribuidos en un alcance de alrededor de 800 m.

Hay disponibles transmisores de campo wireless para señales analógicas (4-20 mA y 1-5 V) y discretas, sensores de temperatura (RTD y termocuplas), pulsos (caudalímetros), presión, nivel e interfase con sensor magnetoestrictivo, dispositivos HART o Modbus, etc. 

El Ranger es el complemento ideal para estos sistemas, cuando el usuario tiene varios sitios remotos instrumentados y quiere disponer de la información en su sistema. Agregando un módulo Modbus en el Ranger es posible transmitir a la nube la información de todas las mediciones de campo que fueron registradas por los dispositivos wireless de cada locación y concentradas en el gateway.

Tanto el gateway de 900 MHz como el Ranger cuentan con aprobación para ser instalados en áreas clasificadas (Clase I, División 2), lo que permite su uso en todo tipo de instalaciones en las industrias de petróleo y gas, petroquímica, minería, etc.

 

Sistemas de válvulas de shut-down

Para el accionamiento de válvulas de emergencia, dado que es frecuente utilizar la presión neumática generada a partir de un banco de cilindros con nitrógeno (como suministro principal o como respaldo), el Ranger puede ser una excelente solución para monitorear el estado de dicho suministro y garantizar la disponibilidad cuando sea necesario. Una falla en el sistema neumático podría hacer que la válvula de seguridad no pueda cerrarse en la condición de emergencia, con graves consecuencias para la instalación, el ambiente, el proceso, etc.

De acuerdo con la instrumentación ya instalada, se podrán transmitir señales discretas de presostatos de baja y alta presión, la señal de un transmisor de presión analógico o incluso incluir el monitoreo de la posición de la válvula o el disparo de la misma en forma remota.

 

Monitoreo de sitios remotos con tecnología IIoT
Sistema de válvulas de shut-down.

 

Suministro de gases especiales

Hay muchos dispositivos importantes que requieren el suministro de gases especiales para su correcto funcionamiento. Un claro ejemplo son los cromatógrafos, que utilizan helio (alternativamente puede ser nitrógeno, argón, etc.) como gas ‘carrier’ para tranportar los componentes de la muestra, y cuya presión debe estar garantizada dentro del rango especificado por el fabricante.

En este caso, el Ranger, además de ser importante para monitorear el estado de este suministro y coordinar la logística del reemplazo de los tubos de gas carrier agotados, podrá utilizarse incluso para transmitir los resultados de los análisis del cromatógrafo si se incorpora el módulo con comunicación Modbus/RTU.

Algo similar puede implementase con otros gases, como en el caso del suministro de oxígeno para centros de salud. En esta aplicación habitualmente se distribuye oxígeno líquido que se almacena en un taque de gran capacidad y luego se vaporiza en el sitio donde se va a utilizar, por lo que el Ranger podria integrarse con la medición de nivel en el tanque de almacenamiento y con la medición de caudal si estuviera disponible.

 

Monitoreo de sitios remotos con tecnología IIoT
Suministro de gases especiales.

 

Monitoreo de tanques de almacenamiento y consumo de GLP a granel

El GLP (propano y butano) se utiliza como fuente de energía en muchísimos sitios que no tienen acceso a la red de gas natural. En muchos casos, las empresas distribuidoras instalan pequeños tanques de almacenamiento en la locación del usuario, y deben programar un recorrido para recargar el GLP a medida que se va consumiendo. Esto hace que, en muchos casos, la logística no sea la ideal, ya que pueden visitarse sitios que no requieren una recarga o, por el contrario, correr el riesgo de dejar sin suministro a un usuario que ya consumió lo que tenía almacenado.

El Ranger puede convertirse en una excelente fuente de información para que la empresa encargada del suministro tenga información en tiempo real de sus usuarios, y poder programar el recorrido de la flota de camiones para las recargas en forma óptima.

De acuerdo a la instalación, el Ranger podrá tomar información de un transmisor de nivel y/o de presión en el tanque o en la línea de alimentación al consumo, o incluso de un caudalímetro si el usuario lo tuviera instalado, de modo que la empresa pueda facturar por el GLP consumido (como suele ocurrir en algunas instalaciones industriales o grandes consumidores).

 

Monitoreo de sitios remotos con tecnología IIoT
Monitoreo de tanques de almacenamiento y consumo de GLP a granel.

 

Medición de estaciones de regulación de gas natural

En las redes de distribución de gas natural es habitual encontrar estaciones de regulación de presión basadas en válvulas auto-reguladoras, e incluir medición de caudal del gas tomado de la red. En estos casos, el Ranger puede aceptar en sus entradas analógicas de 4-20 mA o 1-5 V las señales de sendos transmisores de presión ubicados aguas arriba y aguas abajo de la reguladora, y del caudalímetro en una de sus entradas discretas, ya que aceptan señales de pulsos de hasta 2 kHz.

También podría monitorearse el estado de una válvula de bloqueo del suministro si la misma tiene disponible los correspondientes interruptores de posición. De esta manera, el operador podría recibir una alarma (email o SMS) cuando la válvula cambia de posición.

 

Monitoreo de sitios remotos con tecnología IIoT
Medición de estaciones de regulación de gas natural.

 

 

Sistemas de alerta temprana de inundaciones

El monitoreo de las alturas de cauces de agua (arroyos, ríos, lagos, etc.) puede ser una herramienta muy importante para implementar sistemas de alerta temprana de inundaciones para tomar medidas de contención o paliativas. Dado que los puntos de monitoreo pueden estar distribuidos en grandes extensiones, toda una provincia o a lo largo de un río que recorre varias provincias, la solución que ofrece el Ranger es ideal, ya que sólo requiere una cobertura de LTE-M1. La medición de nivel puede implementarse, por ejemplo, con un sensor ultrasónico o un radar sin contacto, alimentado por el propio dispositivo a través de sus baterías internas.

El GPS incorporado permite vincular inequívocamente las mediciones con la posición geográfica real del punto.

En algunos casos, la medición de nivel también puede complementarse con algún sensor de velocidad del agua, que puede ser integrado al Ranger usando una señal de 4-20 mA o Modbus.

 

Control de suministro de agua

Aprovechando todas las entradas y salidas, el Ranger puede resolver el monitoreo y control completo de un sistema de almacenamiento de agua, como los que suelen utilizarse en aplicaciones de riego. Usando el módulo con E/Ss adicionales, el Ranger puede tomar la lectura del sensor de nivel del reservorio y la presión de impulsión de la bomba a partir de las señales de 4-20 mA, del caudal de la bomba con una entrada de pulsos (o alternativamente también como 4-20 mA), del comando de la bomba a través de la salida de relé tipo latch, y del estado de la misma mediante dos entradas discretas.

De este modo, el operador podrá recibir un mensaje de alarma cuando el nivel en el reservorio está por debajo de un determinado valor, y encender la bomba en forma remota para recargarlo, monitoreando la performance de la misma.

 

Monitoreo de sitios remotos con tecnología IIoT
Control de suministro de agua.

 

Logística de distribución de productos químicos

Las empresas dedicadas al suministro de productos químicos necesitan tener un estricto control de las existencias en los usuarios finales para programar adecuadamente la reposición del producto consumido. En algunos casos también es importante la localización de los tanques ya que los mismos pueden ser móviles y desplazarse a diferentes ubicaciones. Un ejemplo sería la distribución de inhibidores de corrosión que se inyectan en pozos de producción de petróleo y gas, productos clorados para potabilización de agua, etc.

En estas aplicaciones, el Ranger ofrece las dos soluciones al mismo tiempo, ya que, por un lado, transmite la información del sensor de nivel (o los interruptores de alto y bajo nivel) dispuesto en el tanque, y, por el otro, actualiza permanentemente su localización gracias al GPS incorporado.

De este modo, el responsable de la logística sabrá convenientemente cuándo debe enviar más producto a destino, y dónde está ubicado el tanque.

La plataforma de SignalFire en la nube ofrece la geolocalización como estándar, y se la puede acceder mediante cualquier navegador web, tanto en computadoras como en tablets o celulares.

 

Preparado por el Ing. Pablo A. Batch, Gte. Ingeniería y Servicios, Esco Argentina S.A.

MES ha muerto, IIoT ha llegado… ¿Es tan así?

Durante décadas, las empresas han lidiado con la cuestión de cuándo y cómo abordar la implementación de un sistema MES (Manufacturing Execution System). ¿Es una cuestión de negocio? ¿Se puede poner personal clave en un proyecto de dos años? ¿Cómo se mantendrá el sistema? Ahora, con la irrupción de IIoT (Industrial Internet of Things), ¿conviene olvidarse del MES y concentrarse en esta nueva tecnología?

La respuesta a todas estas preguntas es: ¡Depende!

Según Desmond Savage, miembro activo de MESA (Manufacturing Enterprise Solutions Association), los factores a considerar para decidir entre MES e IIoT dependen del alcance de la iniciativa informática en el proceso de manufactura. Si el alcance se limita sólo a una o dos funciones, tales como recolección de datos y elaboración de dashboards, IIoT por sí sola podría ser suficiente. Pero si es necesario combinar reglas e integraciones de negocio con otros sistemas de empresa, MES lleva las de ganar.

En definitiva, depende de lo que hay instalado en cuanto a sistemas. Si no hubo inversión en un MES, IIoT ofrece una plataforma que puede generar retornos rápidos sin una interrupción importante en los procesos de manufactura existentes. Pero si ya hay una inversión en un MES, eliminarlo sería muy perjudicial y alcanzar el statu quo con IIoT podría llegar a ser muy difícil.

IIoT quizás pueda ser usado para armonizar las desconexiones existentes entre plantas, convirtiendo los silos de datos en información procesable que puede ser analizada por los servicios de nube.

El nivel de regulaciones que afectan el sector industrial es otro factor importante. Hoy en día, IIoT carece del test del tiempo, mientras que MES ha estado sometido a las auditorías regulatorias más estrictas y brilla en la gestión de operaciones de manufactura de una empresa. Además, MES ha venido evolucionando a nivel industrial y ya tiene incorporado el conocimiento y las mejores prácticas de los usuarios.

Siendo el último en llegar, IIoT todavía está evolucionando, aunque rápidamente, gracias a la naturaleza ágil de la tecnología y a la forma en que se desarrolla y se implementa el software. Sin embargo, según Desmond Savage, “hay que ver si algún proveedor de software IIoT puede demostrar una validación de software (CSV) y un sistema de gestión de calidad (QMS) asociado capaz de resistir los rigores de una auditoría de calidad altamente regulada del proveedor como lo logra un sistema MES”.

  Si los requerimientos de una empresa son flujos de trabajo complejos, interoperabilidad, un entorno regulado o la necesidad de promover estandarización, el sistema MES seguirá desempeñando un rol clave en la hoja de ruta de los sistemas de empresa. En cambio, si lo que se busca son soluciones de integración sencillas o se trata de una implementación nueva con flujos de trabajo simples, es allí donde muere MES y llega IIoT. De nuevo, todo depende de las circunstancias específicas.

  El conocimiento del proceso operativo automatizado en soluciones MES será difícil de replicar en las nuevas soluciones IIoT. IIoT, por supuesto, seguirá evolucionando y madurando, pero es poco probable que reemplace a MES por completo. Lo más probable es que estas soluciones colaboren en el futuro y aceleren los beneficios de negocio de ambas plataformas al trabajar en conjunto.

Sigue el avance de wireless mesh

Otra tecnología avanzada de redes que lentamente está ingresando en el mercado es wireless mesh, adecuada en aplicaciones de IIoT por su capacidad de manejar un enorme número de dispositivos que generan transmisiones esporádicas de paquetes cortos.

Si bien va creciendo la implementación de redes wireless tradicionales en entornos industriales con equipos rotativos o en áreas remotas o difíciles de alcanzar por cable, tienen limitaciones que empeoran con el advenimiento de un creciente tráfico de conectividad máquina a máquina (M2M).

Y es allí donde surge una nueva tecnología que se conoce como mesh cinética y que es muy adecuada para IIoT, ya que todos los nodos se configuran de la misma forma, facilitando la comunicación entre pares.

La mesh cinética es también full duplex, lo que permite que un solo nodo pueda recibir datos en una frecuencia y enviarlos simultáneamente en otra frecuencia, generando altas velocidades y resultando en una latencia extremadamente baja, según los expertos. Una red mesh cinética también selecciona dinámicamente el camino más rápido entre cientos de opciones para evitar automáticamente la interferencia o el bloqueo de la señal, lográndose una conectividad consistente y confiable por medio de una variedad de opciones.

Sin embargo, en este momento, hay pocas soluciones de wireless mesh destinadas al espacio industrial. La razón de la ausencia de propuestas wireless mesh a nivel industrial es el nivel demasiado elevado de los estándares en este campo. Específicamente, lo que se percibe es que la confiabilidad de la tecnología wireless no es tan robusta como la de las redes cableadas tradicionales, además de los problemas de seguridad relacionados con Wi-Fi. En los sistemas industriales, la disponibilidad lo es todo y no se puede tener una parada.

También está la cuestión de la experticia en tecnología wireless y, en especial, las nuevas tecnologías mesh. Hay que saber acerca de canales y frecuencias, cosas que no ocurren en redes cableadas.

Dos de los términos que van creciendo en popularidad en los últimos años son ‘nativo digital’ e ‘inmigrante digital’. Los nativos son aquellos individuos lo suficientemente jóvenes como para conocer las computadoras y la Internet desde su infancia. Para ellos, tales tecnologías siempre han existido. Los inmigrantes, ya sea por edad o circunstancia, entraron en contacto con estas tecnologías mucho más tarde en su vida. Con suerte, para ellos, tales tecnologías son un agregado bienvenido a su trabajo y su vida, pero todavía pueden recordar los momentos en que la mayoría de las actividades eran más manuales, locales y aisladas.

Al respecto, para quienes trabajan en las industrias de procesamiento, ha habido una división práctica diferente con la informática, y esto es más complicado.

Por ejemplo, la mayoría de quienes trabajan en refinerías tienen experiencia con sistemas de control distribuido (DCSs), o sea con los sistemas de automatización que operan en sus plantas y unidades de proceso. Los que están cerca de la edad de jubilación probablemente puedan recordar los comienzos de los años ’80 cuando estos sistemas eran todavía nuevos, pero nadie dudaba de que la tecnología basada en computadoras era la mejor manera de operar estas instalaciones.

Simultáneamente, también a comienzos de los años ’80, el concepto de informática (IT) se filtraba en nuestras mentes a medida que los sistemas computarizados se trasladaban a oficinas con la introducción de la computadora personal (PC). Con el tiempo, las PCs fueron reemplazando mainframes y minicomputadoras, mientras las unidades de escritorio se hacían presentes en lugares totalmente nuevos.

El mundo de la planta y el mundo de la oficina fueron creciendo en distintas direcciones: hardware y software especializados y propietarios en plantas versus hardware y software cada vez más estandarizados en oficinas y redes corporativas. La primera dirección llevó a lo que se conoce como tecnología de operaciones (OT), con sus distintas prácticas y requerimientos, para diferenciarla de IT.

OT e IT siguieron su camino en paralelo y separados hasta que surgieron dos cambios importantes. Primero, los constructores de DCSs descubrieron que las plataformas IT habían avanzado lo suficiente en potencia, confiabilidad y versatilidad como para soportar muchas de las necesidades de un DCS. También se dieron cuenta de que ya no era necesario elaborar y fabricar tanto hardware y software propietario, especialmente en las plataformas de HMI.

El otro cambio tuvo que ver con la gerencia de una refinería, que comenzó a reunir datos de plantas y unidades de proceso individuales. Los departamentos de IT se conectaban con los sistemas OT para extraer datos, y OT dejaba de estar aislado.

¿Dónde estamos ahora? Ambos mundos se han poblado con sus respectivos nativos digitales, pero es un concepto diferente acerca de lo que significa ‘digital’, con distintos lenguajes y culturas. Las tendencias que comenzaron hace décadas siguen, por lo que la separación dejó de estar si se tiene en cuenta que IT ingresa cada vez más en el mundo OT, reemplazando viejas plataformas propietarias. OT ya no tiene otra opción práctica que aceptar el cambio y aprender el nuevo lenguaje.

Las diferencias culturales no son tan fáciles de resolver, pero se pueden suavizar a medida que la gente de IT vaya aprendiendo qué es OT, particularmente las necesidades especiales de un proceso de manufactura. Los programas de digitalización requieren una amplia combinación de IT y OT, y muchas veces ya no se puede definir la línea divisoria.

Las redes Ethernet cableadas y wireless son parte integral de la infraestructura de una planta y se están volviendo cada vez más generalizadas. Sin embargo, OT todavía está viva y bien presente en los niveles más bajos de las redes de planta. Los dispositivos de campo individuales, tales como instrumentación y actuadores de válvula, siguen comunicándose utilizando protocolos diseñados específicamente en lugar de Ethernet. La mayoría de los dispositivos de campo están cableados, aunque son cada vez más los que se comunican a través de un protocolo wireless industrial, por ejemplo WirelessHART. Los proyectos de digitalización deben cerrar esta persistente brecha de conectividad de hardware y software, en un momento en que los mecanismos para hacerlo están mejorando día a día, con Ethernet wireless (por ejemplo, WiFi) como herramienta clave.

 

Implementar redes industriales para IIoT y digitalización
Figura 1. Hardware robustecido en entornos de planta, con algunas unidades certificadas para ubicaciones peligrosas.

 

Una tarea típica de planta, antes y ahora

Años atrás, los técnicos enviados para reemplazar actuadores de válvula en las unidades de operación de una refinería tenían varias tareas a cumplir: encontrar la válvula específica, verificar su número de tag y contactarse con los operadores de la sala de control mientras realizaban el trabajo mecánico y las conexiones eléctricas. El técnico pedía a los operadores que confirmen que los datos del nuevo actuador aparecían correctamente en las pantallas y luego enviar comandos a la válvula a través del sistema de control para verificar su desempeño correcto desde esa dirección.

En condiciones ideales, esta práctica solía dar buenos resultados. Siempre que los operadores no estuvieran ocupados con alguna otra cosa, por ejemplo una perturbación o un cambio en la calidad de producto, podían brindarle suficiente atención a un técnico bien capacitado trabajando con una lista de chequeo de funciones.

Pero son muchas cosas que pueden salir mal con tales interacciones, o simplemente consumen demasiado tiempo. El progreso es más lento si la sala de control introduce múltiples distracciones o si el técnico encuentra un problema y debe pedir ayuda con un ajuste de configuración o una terminación de cableado poco clara.

Pensemos ahora en la misma tarea, pero esta vez utilizando la tecnología digital más sofisticada disponible hoy en día. Nuestro técnico cuenta con una tableta robustecida (figura 1) que se comunica a través de la red WiFi de la planta. La orden de trabajo aparece en la pantalla, incluido el número de tag del actuador de válvula correspondiente, junto con información detallada del producto. Leyendo un código de barras en el actuador, puede verificar que es la unidad correcta y enviar un mensaje de regreso a la sala de control advirtiendo a los operadores que el dispositivo está cambiando al modo manual, aun cuando la válvula permanezca en su posición actual. Todas las instrucciones y parámetros necesarios para instalar y configurar el actuador se encuentran accesibles en la tableta.

La comunicación desde la tableta con el actuador se realiza a través de la red, trátese de un actuador cableado o que utiliza WirelessHART. Todos los puntos de configuración pueden ser transferidos a través de la red en lugar de ser ingresados manualmente por el técnico.

Todos los tests de verificación, desde el campo o la sala de control, se pueden realizar desde la tableta, que puede asumir cualquiera de las funciones. Esto evita involucrar a la sala de control, aun cuando los operadores pueden ver lo que está pasando, si es necesario, e incluso verificar la ubicación del técnico desde la sala de control, gracias a las tecnologías de reconocimiento de localización.

Una vez completadas la instalación y las pruebas, el técnico concluye la tarea en la tableta para completar automáticamente la orden de trabajo. Luego, procede a restaurar la vista del actuador en la sala de control, haciendo saber que se encuentra de vuelta online y en el modo automático. El reemplazo del actuador queda finalizado y los operadores apenas se pudieron dar cuenta de la situación, ya que poco tuvieron que ver con el procedimiento, más allá de monitorear la actividad del técnico a un alto nivel.

 

Implementar redes industriales para IIoT y digitalización
Figura 2. Encontrar información crítica permite ahorrar mucho tiempo durante las tareas de comisionamiento, resolución de problemas y otras actividades.

 

Las rondas

El técnico también podría estar a cargo de realizar rondas de planta en una o más unidades. En el pasado, esto significaba llevar un portapapeles y verificar la lectura de un manómetro y/o nivel de aceite, anotando luego la información en una hoja y enviándola a la sala de control u oficina de mantenimiento.

Es probable que esas funciones sean realizadas ahora por instrumentos, aunque a muchos gerentes de planta todavía les gusta tener personal que camine por la instalación, usando ojos, oídos e incluso narices para notar cosas que quizás a la instrumentación le resulte imposible detectar. Hay veces que las rondas manuales se deban realizar con mal tiempo o en áreas potencialmente peligrosas de la planta, pero es allí donde los proyectos de digitalización pueden ayudar a mejorar estas tareas de baja tecnología.

El tradicional portapapeles es reemplazado ahora por una tableta robustecida, completa con las instrucciones a tener en cuenta (figura 2). El técnico puede comunicarse de vuelta con la sala de control desde cualquier lugar a través de la tableta y puede tomar fotos o un video de algún componente de los equipos para que los operadores o cualquier otra persona de la empresa puedan visualizarlo a través de la red corporativa. Esto es sencillo ya que, con la autorización correcta, es posible acceder a la información a través de la intranet de la empresa y posiblemente a través de la Internet.

Si el técnico necesita información técnica acerca de un componente de los equipos, es sencillo buscarla en la base de datos de la planta o en la documentación original del fabricante en la web. Si es necesario solicitar ayuda al fabricante, es muy sencillo enviar fotos o un video del problema para su evaluación. La situación quizás no requiera que el fabricante envíe algún técnico de servicio, ahorrando tiempo y costo.

Por su parte, la seguridad siempre ha sido y es un tema importante cuando hay personal que se desplaza por una planta, en especial cuando las rondas requieren ir a áreas particularmente peligrosas. Las redes de planta están preparadas para llamadas de emergencia de ‘trabajador caído’, pero también pueden incorporar funciones de reconocimiento de localización, triangulando una fuente de radio a una posición muy exacta en tres dimensiones.

 

Implementar redes industriales para IIoT y digitalización

 

Una mejor cobertura

Los escenarios mencionados no son nada nuevo, pero no todas las refinerías los implementan.

Se ha hablado durante años acerca de trabajadores móviles, localización de personal y otras capacidades por el estilo. En la actualidad, la diferencia está en una mejor cobertura de red y ancho de banda.

Piense en alguien con un teléfono inteligente 10 años atrás. Ese primer teléfono inteligente estaba habilitado para la web, pero tratar de llegar a un sitio web o descargar un documento en un aeropuerto o en la calle era algo muy aleatorio.

Muchos usuarios simplemente se daban por vencidos más veces que no. ¿Por qué? Querían mucha más prestación de lo que tenían. La cobertura de la red en la mayoría de las áreas era demasiado angosta y el ancho de banda demasiado reducido para cumplir con las expectativas.

Muchas redes WiFi en una planta tenían, y quizás todavía tengan, el mismo problema. Teóricamente, había cobertura, pero mover cualquier cantidad de datos era una propuesta dudosa. Asimismo, muchas empresas que implementan redes también subestimaron el uso que tendrían que cubrir y no incluyeron suficiente infraestructura para tener una cobertura completa o suficiente ancho de banda. Pero en los últimos años, el hardware tanto de redes públicas como de redes privadas ha avanzado enormemente en cuanto a cobertura y capacidad de manejo de ancho de banda.

Veamos las redes de planta. En la actualidad, un router WiFi industrial puede soportar más protocolos y más dispositivos, además de operar en condiciones más exigentes que un router de hace solo unos pocos años (Tabla 1) y con un mayor número de diseños modulares más fáciles de implementar (figura 3). Dichos routers soportan redes WiFi de gran ancho de banda y pueden operar junto con dispositivos de campo WirelessHART usando WiFi como red de retorno.

Un router wireless también puede servir como gateway para dispositivos WirelessHART e ISA100 Wireless, si están instalados. Los instrumentos y actuadores wireless todavía se pueden comunicar utilizando sus protocolos dedicados, pero la comunicación con los sistemas host, tales como un DCS o un sistema de gestión de activos, puede realizarse por cable o vía WiFi – en ambos casos, usando normalmente un protocolo Ethernet.

Esta combinación de WiFi y WirelessHART permite implementar conceptos de IIoT, por lo que IT y OT se pueden integrar como nunca antes. Estas redes abarcan dispositivos de campo wireless, sensores inteligentes, soluciones de gestión de activos y analítica, todos preparados para lograr la transformación digital.

Para que esto sea realidad en toda su extensión, se requieren muchos puntos de acceso wireless (WAPs) WiFi usando una tecnología de gran ancho de banda. A la escala de una refinería típica, podría significar entre 100 y 400 WAPs WiFi para conseguir una cobertura completa y sin problemas. Cuando se lo implementa, el acceso está disponible en cualquier lugar, lo que permite desplegar capacidades de trabajadores móviles y tener una implementación rápida de instrumentación wireless.

Los routers simplifican la planificación de la implementación gracias a su diseño modular. Es fácil agregar un gateway WirelessHART o ISA100 a una determinada unidad. Las antenas inteligentes para instrumentación wireless pueden mejorar el alcance, mientras restringen la cobertura al interior de una zona cercada. La mayoría de los routers tienen clasificación Clase 1/División 2, mientras las antenas son Clase 1/División 1 para su extensión a áreas peligrosas.

Algunos usuarios piensan que las redes wireless quizás signifiquen una mayor superficie de ataque para los ciberdelincuentes. Afortunadamente, las redes y su hardware actual incorporan mecanismos defensivos muy fuertes. Por ejemplo, WirelessHART está protegido por una encriptación AES de 128 bits en la capa de red/transporte y un mecanismo de acople de red con dos factores.

El diseño de las redes WiFi e interfaces con otros sistemas normalmente están a cargo de IT, que puede usar las últimas herramientas y prácticas de seguridad para evitar vulnerabilidades en los puntos de transferencia de datos. Las empresas que actualizan como rutina sus routers y otros equipos de red evitan los problemas derivados de tener que mantener un hardware multigeneracional en el lugar, lo que implica el uso de técnicas de seguridad más antiguas.

 

Implementar redes industriales para IIoT y digitalización
Figura 3. Los routers pueden manejar más dispositivos mientras toleran entornos de planta extremos. Su construcción modular facilita su configuración e implementación.

 

Ventajas para los usuarios

¿Cómo poner en práctica estas tecnologías? Las empresas que han implementado programas de mejora con digitalización muestran una variedad de áreas donde han logrado importantes avances:

  • Una mejor infraestructura WiFi y WirelessHART con mayores tasas de transferencia de datos y niveles de confiabilidad;
  • Mayor seguridad del personal con capacidades de localización y reunión;
  • Datos de consumo de energía más detallados, lo que se traduce en ahorros en conservación y costo al ampliar el monitoreo y el análisis de datos;
  • Mayor confiabilidad y disponibilidad de activos de manufactura;
  • Aumento de la productividad a resultas de respuestas rápidas a condiciones anormales utilizando herramientas de trabajadores móviles;
  • Ejecución más rápida de chequeos de lazos durante comisionamiento y puesta en marcha, lo cual puede generar mucho dinero al conseguir tiempo de operación adicional;
  • Mayor disponibilidad de planta al reducirse el número de paradas inesperadas.

Todos estos son elementos de digitalización, y hay muchas más posibilidades, ya que siempre se descubren nuevas ideas. Cuando una infraestructura wireless pueda desempeñarse de un modo que no se tenga que pensar en ello, ya sea a nivel de red de dispositivos o de empresa, es posible lograr un gran progreso. Y cuando los proveedores y usuarios puedan conformar una base instalada con redes wireless, sensores inteligentes y soluciones de gestión de activos, estaremos ante la concreción de lo que realmente es digitalización.

 

Preparado en base a una presentación de Christopher Logue, de Emerson Automation Solutions.

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