Señales de campo con funcionalidad extendida HART e IO-Link

Protocolos HART e IO-Link para lograr aplicaciones más eficientes en Industria 4.0.

Señales de campo con funcionalidad extendida HART e IO-Link

En la industria hay un obstáculo importante que se interpone en el camino de las operaciones a la hora de aprovechar todos los beneficios que ofrece Industria 4.0. Ese obstáculo se refiere a los miles de millones de sensores, actuadores y otros instrumentos que están más allá del alcance de IP (Internet Protocol). Sin embargo, hoy en día, dos tecnologías pueden soportar esa conexión vital para extender el creciente número de datos operativos, mejorar la productividad y aumentar la confiabilidad en lo que hace a Industria 4.0.

Esta funcionalidad extendida se logra con IO-Link en aplicaciones discretas y HART, junto con Wireless­HART, en aplicaciones de proceso. Ambos protocolos de comunicación operan con redes EtherNet/IP para conectar sensores a sistemas de control y a sistemas de empresa a nivel de negocio.

Con los datos de los instrumentos disponibles en EtherNet/IP, las operaciones podrán capturar la información procesable en tiempo real que necesitan para mejorar las eficiencias operativas, aumentar la productividad y obtener todos los beneficios de Indus­tria 4.0.

 

HART cableado y wireless para aplicaciones de proceso

La promesa de datos de instrumentos en toda la empresa ha existido desde hace muchos años en las aplicaciones de proceso con HART. Sin embargo, en numerosas instalaciones, cablear los dispositivos puede ser un proceso trabajoso. Hay aplicaciones, tales como parques de tanques u operaciones de minería, que cubren muchos kilómetros y donde cablear dispositivos por medio de conexiones punto a punto es difícil, insume tiempo y es costoso, incluso más en sistemas que necesitan confiabilidad de redundancia adicional.

Esas complicaciones geográficas y ambientales han llevado a la necesidad de una tecnología con un mayor alcance. WirelessHART responde a estos desafíos, ofreciendo conexiones wireless a sensores que miden presión, temperatura y volumen en aplicaciones de proceso.

Hoy en día se dispone de gateways Wireless­HART habilitados para IP en múltiples versiones, incluyendo Ether­Net/IP. Al igual que otras redes wireless, los dispositivos existentes pueden ser convertidos a WirelessHART para conseguir una infraestructura robusta que ofrece una mayor conectividad y genera una enorme cantidad de nuevos datos.

WirelessHART ofrece una mayor flexibilidad en una gran variedad de aplicaciones, ofreciendo monitoreo y diagnósticos en:

  • Nivel – Estado del sensor y setpoints;
  • Temperatura – Valores de temperatura ambiente, temperatura de junta fría, temperatura de celda y rotura de sensor;
  • Presión – Presión estática, presión absoluta y estado del sensor;
  • Caudal – Densidad media del proceso y totalizados;
  • Posicionador de válvula – Posición real de la válvula, ajuste por desgaste mecánico y estado del sensor;
  • Mantenimiento de válvulas – Posición real de la válvula, presión de alimentación, presión de actuador y fricción del vástago.

Por ejemplo, si una cañería está vacía cuando tendría que transportar un producto, el sensor alerta al operador acerca de la situación en lugar de simplemente mostrar una medición de caudal errónea. Esto le sirve al operador para definir la desviación de la planta como un problema de operaciones y no como un problema de mantenimiento.

Los diagnósticos no son mediciones directas. Los sensores habilitados en los dispositivos HART ofrecen una visión interna del equipo con información que se puede utilizar para mantenimiento predictivo. Esto, además de mejorar la confiabilidad del proceso, la seguridad de la planta y la seguridad de los datos, también reduce el costo de mantenimiento y las paradas no planificadas.

Los dispositivos HART operan sin inconvenientes con EtherNet/IP en redes IP estándar, ofreciendo una conectividad completa. Antes, los datos de los dispositivos estaban limitados al sistema de control, pero ahora los datos del piso de proceso pueden recorrer toda la planta, aportando a los operadores acceso a datos valiosos adicionales.

La disponibilidad de estos datos granulares optimiza cada aspecto de la operación, desde resolución de problemas en el piso de planta hasta decisiones de inventario o capacidad de producción del lado de negocio. La mayor cantidad de conocimiento de activos facilita las tareas de auditoría y verificación, lo que conduce a una mayor seguridad de proceso y de los datos.

La conectividad IP desde el sistema de control a través del gateway, ya sea HART o IO-Link, completa la funcionalidad extendida para conseguir conectividad a todos los dispositivos que se encuentran en el campo. Estas dos redes permiten que las operaciones industriales puedan conectarse a una red IP de la mejor manera posible, con lo que las plantas de hoy en día están mucho más preparadas para el futuro dentro del contexto de Industria 4.0.

 

Multiplexor modular Ethernet HART de Phoenix Contact. Convierte el protocolo digital HART en un protocolo Ethernet: HART-IP, Modbus TCP, PROFINET u OPC UA. Permite parametrizar y monitorear dispositivos de campo HART a través de redes Ethernet usando FDT/DTM. Su modularidad acepta la conexión de hasta 40 dispositivos HART.

 

IO-Link para aplicaciones discretas

En el mundo de Industria 4.0 que está en plena evolución, las empresas buscan tener más inteligencia en cada dispositivo. Pero en aplicaciones discretas, tales como instalaciones de empaquetado o automotrices, que usan grandes cantidades de sensores, simplemente no es económico reemplazar la instrumentación existente con dispositivos habilitados para IP. Allí es donde aparece IO-Link, que ofrece una conexión extendida económica entre sensores y sistemas de control, que se traduce en un flujo de datos sin ningún tipo de interrupciones.

En el pasado, han habido intentos para tener estos sensores habilitados para distintos protocolos de comunicación, como PROFIBUS o DeviceNet, que requerían una red diferente para conectarse a los dispositivos. Sin embargo, muchos usuarios de sensores rechazaron esta alternativa ya que duplicaba la cantidad de productos (conectados en red o no) que había que soportar en sus máquinas. También implicaba aprender un nuevo protocolo, aun cuando hubiera sólo un subconjunto de los sensores totales de una máquina que requerían algo más que información on/off, lo que ocurría la mayoría de las veces.

 

 

Conversor de señales analógicas a IO-Link. • E/S para señales analógicas (tensión/corriente) • E/S para señales de temperatura (RTD) • 4 canales de entrada TC (Tipo K)

 

IO-Link ofrece una solución interesante a este dilema, ya que brinda acceso a una gran cantidad de información de manera económica, mientras opera en conjunto con las redes IP existentes.

Este acceso a datos a nivel de dispositivo significa que ya no es necesario que las operaciones tengan que demorar sus necesidades de máquinas más inteligentes mientras esperan que todos los sensores tengan accesibilidad IP.

IO-Link ofrece una solución simple para aumentar la conectividad en aplicaciones discretas. IO-Link se puede comunicar sobre los mismos conductores de tres hilos y puede usar el mismo software de configuración instalado actualmente en las redes EtherNet/IP, por lo que llevar los datos del sensor a IP es relativamente sencillo. Por lo tanto, todos los sensores instalados en una máquina pueden soportar IO-Link, pero sólo aquellos conectados a una interface de maestro IO-Link podrán aprovechar la tecnología con diagnósticos. Esto elimina la necesidad de aprender un nuevo protocolo y limita los gastos adicionales a aquellos sensores que usan activamente la tecnología IO-Link.

Para acceder a la funcionalidad IO-Link utilizando la tecnología ya existente en una planta, los fabricantes simplemente quitan la tarjeta discreta e instalan una tarjeta IO-Link, o sea el maestro IO-Link mencionado anteriormente. Muchos sensores con IO-Link embebido cuestan y actúan igual que los sensores de E/S estándar que ya se usaban para conectarse a un maestro.

La interconexión de estos sensores con un maestro IO-Link ‘despierta’ la funcionalidad avanzada en el sensor, brindándole al usuario acceso a todos los datos y capacidades de configuración que IO-Link tiene para ofrecer. Esto significa que los usuarios tienen ahora la flexibilidad de instalar sensores IO-Link como IO estándar y activar la funcionalidad IO-Link a posteriori, cuando y donde quieran, sin tener que instalar un nuevo cableado o nuevos sensores. En definitiva, esto convierte a IO-Link en una excelente solución compatible con versiones anteriores y futuras para proveedores y usuarios de sensores.

 

Aplicación de IO-Link.

 

Además, la flexibilidad de intercambiar sensores ‘estándar’ y sensores habilitados para IO-Link permite a los usuarios ser selectivos, ya que no todas las máquinas o sensores necesitan diagnósticos adicionales. Con el maestro IO-Link, los usuarios podrán elegir qué sensores habilitar con IO-Link, logrando beneficios sin una sobrecarga de información.

Si bien todas las máquinas pueden beneficiarse de IO-Link, no es necesario para toda la máquina. De hecho, menos del 20% de los sensores en una máquina están normalmente en riesgo de daño físico, pero son justamente las áreas donde los diagnósticos adicionales que ofrece IO-Link resultan más beneficiosos.

Con IO-Link, los usuarios tienen acceso a nueva información que circula desde los dispositivos a través de IP hasta los niveles más altos del sistema, lo que podría incluir diagnósticos acerca de sensores que están rotos o que no se desempeñan de manera óptima.

Un ejemplo podría ser el monitoreo de un sensor fotoeléctrico ubicado cerca de una operación de corte que origina residuos importantes que pueden acumularse sobre la lente del sensor. Hoy en día, la mayoría de los fabricantes de máquinas utilizan aire comprimido para eliminar periódicamente los residuos en los sensores sin importar qué tan sucio esté el sensor. El sensor IO-Link puede informar al sistema de control para poner en marcha el aire comprimido o enviar una persona de mantenimiento para limpiar el sensor sólo cuando sea necesario. Esto, además de reducir la parada de una máquina, optimizando el mantenimiento predictivo, también se puede usar para ahorrar el uso de aire comprimido, reduciendo los gastos operativos de la máquina.

Otro ejemplo es el uso de sensores de proximidad para detectar objetos que se mueven a lo largo de una cinta transportadora. Si una máquina pierde alineación y corta el cabezal de un sensor estándar, el controlador ya no recibe actualizaciones del dispositivo acerca de los productos que está sensando. Sin embargo, la máquina seguirá funcionando y los operadores muchas veces no tienen forma de saber que no se recolectan los datos críticos hasta que se interrumpe la producción. Pero si ese sensor de proximidad está habilitado para IO-Link, se dispara una alarma y le indica al sistema de control que el cabezal del sensor ha fallado.

Tal como lo hemos señalado anteriormente, el diagnóstico no es una medición directa, sino que alerta al sistema de que los datos ya no son válidos. Además, el sensor dañado puede ser detectado más fácilmente para que pueda ser reemplazado de inmediato y no interrumpir la producción.

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