Industrial Internet of Things (IIoT) ofrece un enorme potencial para las instalaciones industriales de hoy en día. Las tecnologías compatibles con IIoT hacen que las operaciones sean más seguras, más confiables, eficientes, redituables y sustentables.

Una nueva generación de PLCs aporta ahora una plataforma abierta lista para IIoT que aprovecha mejor los datos de toda la infraestructura de planta. El uso del estándar OPC UA (Unified Architecture) permite la integración segura de una amplia gama de instrumentos, equipos y software a través de toda la empresa industrial. Al mismo tiempo, la comunicación abierta interoperable multinivel y multiplataforma soporta flexibilidad y estandarización con menos hardware.

A continuación se describe de qué manera las soluciones de PLC listas para IIoT y embebidas con la comunicación abierta OPC UA y tecnologías robustas de ciberseguridad optimizan la integración con activos de múltiples proveedores en aplicaciones tanto de proceso como discretas.

 

Conceptos básicos

Introducidos por primera vez en los años ’60, los PLCs son computadoras digitales destinadas al control de procesos electromecánicos. Tienen un rol clave en la automatización industrial, operando a nivel de piso de planta o de fábrica, y se los utiliza normalmente para implementar control lógico, estrategias de control regulatorio y lógica de seguridad. 

Los PLCs se encuentran normalmente en campos de petróleo, refinerías, HVAC, industrias alimenticia, farmacéutica y siderúrgica. Prácticamente no hay aplicación de control que no contenga un PLC.

Igual que cualquier otra tecnología, los PLCs siguen creciendo y convirtiéndose en mejores herramientas y cada vez más eficientes. La funcionalidad de estos controladores ha evolucionado para incluir ahora conexión en red, capacidades avanzadas de manejo de datos y varias tecnologías Internet. La compatibilidad con múltiples protocolos brinda una excelente flexibilidad de comunicación con una amplia gama de equipos vía una variedad de medios.

 

Figura 1. El PLC ControlEdge de Honeywell funciona como controlador y también como dispositivo de borde que aporta conectividad a IIoT.

 

Advenimiento de nuevas tecnologías

IIoT, junto con la iniciativa Industrie 4.0, representa una de las tendencias más importantes en tecnología de automatización. Una combinación de innovaciones en computación y comunicación está revolucionando la manera de interactuar de usuarios y máquinas, como así también la forma de vincularse una máquina con otras.

A la vanguardia de la infraestructura de información de planta impulsada por IIoT están los dispositivos de borde o gateways inteligentes, que incluyen la última generación de PLCs. Además de proveer control, estos dispositivos pueden, de manera segura, recolectar, acumular, filtrar y enviar datos, aprovechando su cercanía con procesos industriales o activos de producción. También son capaces de colaborar con poderosas herramientas analíticas, detectando anomalías en tiempo real y emitir alarmas de modo que los operadores puedan actuar de manera apropiada.

Un PLC listo para IIoT ofrece la ventaja de optimizar operaciones y las eficiencias de mantenimiento, liberando al personal de los procesos manuales. Brinda todos los atributos que los sistemas abiertos han prometido históricamente: conectividad segura, fuerte integración con dispositivos de múltiples proveedores, fácil configuración, operaciones eficientes y un mantenimiento reducido.

Además, una plataforma lista para IIoT permite el acceso más directo a aplicaciones basadas en la nube con fines de visualización y otras tareas cruciales. Esta capacidad, junto con un menor número de gateways, se traduce en una mayor protección de la inversión y un mantenimiento más fácil, y, por lo tanto, un menor costo y menos riesgo.

 

Los últimos desarrollos en tecnología de PLC

Seguridad

Las brechas de seguridad en los sistemas de control pueden llevar a daños significativos. Es por esta razón que los proveedores de automatización han desarrollado PLCs listos para IEC 62443 e ISA99 con ciberseguridad incorporada que mejoran el cumplimiento y la disponibilidad, además de reducir el riesgo.

   Como características novedosas se puede mencionar la capacidad de arrancar en forma segura para evitar la carga de un software no autorizado, un firewall incorporado y un ciclo de vida de desarrollo seguro, certificado para garantizar que la seguridad esté ya incorporada desde el comienzo. 

   La comunicación del PLC queda asegurada utilizando IPsec para impedir ataques MITM (man-in-the-middle) y un acceso no autorizado. 

Por su parte, ISCI (ISA Security Compliance Institute) ha desarrollado el programa de certificación ISASecure EDSA (Embedded Device Security Assurance), que reconoce la integridad de un producto PLC y de su ciclo de vida de desarrollo, e incluye pruebas rigurosas de la robustez de comunicación, evaluación de la seguridad funcional y evaluación de la seguridad de desarrollo del software.

 

Flexibilidad

Los cambios de último momento pueden afectar severamente el programa en proyectos de automatización. Para abordar este problema, los proveedores de control recurren a PLCs que emplean Universal I/Os para conseguir capacidad de configuración remota y flexibilidad ante un cambio de diseño con el fin de mejorar la implementación de proyectos. 

   Gracias a Universal I/Os, todo el gabinete se convierte en un componente estándar, con canales de E/S rápidamente configurables que permiten que los módulos puedan servir como analógico o digital o como entrada o salida.

   Es posible acomodar rápidamente cambios tardíos de configuración en forma remota con un simple cambio de configuración de software. Además, una amplia solución de gestión de activos vía diagnósticos de dispositivos HART integrados ofrece un comisionamiento rápido y exacto de dispositivos de campo y diagnósticos simplificados, lo que se traduce en menos idas al sitio. La combinación de esta solución con el estándar abierto HART IP significa flexibilidad de diseño y protección de las inversiones ya existentes.

 

Integración

La mayoría de las plantas contiene sistemas de control provenientes de distintos proveedores, lo que se suma al costo y riesgo general. Dentro de este contexto, las empresas se podrán beneficiar de una solución que integre fuertemente sus plataformas de DCS y PLC. Esta estrategia también mejora la implementación de proyectos y el mantenimiento a largo plazo.

   Los usuarios pueden aprovechar una HMI común, conseguir un comisionamiento más rápido de los dispositivos de campo y mejorar los diagnósticos de dispositivos. Más aún, características como integración nativa par a par con el controlador DCS mejoran los programas de proyecto y reducen el tiempo de mantenimiento con mapeo de variables basado en nombres. 

La autoconfiguración de puntos reduce el tiempo que se necesita para construir nuevas o actualizar estrategias existentes de control. También es posible minimizar las paradas y el costo total de propiedad gracias a un soporte unificado del DCS y del PLC. Esta sinergia se espera que se extienda a todo el ciclo de vida del sistema. 

 

Conectividad

Una pobre conectividad hace difícil extraer datos de los distintos dispositivos y sistemas, en especial cuando se utilizan protocolos propietarios. Los PLCs con tecnología OPC UA embebida ofrecen un acceso unificado a datos en entornos con múltiples proveedores. OPC UA es también amigable con la Internet y brinda conexiones seguras con la nube.

 

Migración

Es normal que los proveedores de automatización traten de proteger continuamente las inversiones de sus clientes facilitando actualizaciones con la más reciente tecnología de control. Gracias a la disponibilidad de herramientas de migración versátiles, los usuarios finales podrán seguir un camino de migración fluido en pos de soluciones avanzadas de PLC cuando llegue su momento.

 

Rol del estándar OPC UA

A pesar de lo que prometen IIoT e Industrie 4.0, estas iniciativas contemporáneas introducen un gran número de tecnologías de comunicación e información en el mundo de la automatización, lo que se traduce en complejidad. Dentro de este contexto, para implementar estrategias avanzadas de automatización de manera eficiente y tan rápidamente como sea posible, es importante reducir su complejidad mediante estandarización.

Lanzado por primera vez por OPC Foundation en 1996, OPC es un estándar global para el intercambio seguro y confiable de datos en automatización industrial y otros campos. Esta tecnología independiente de la plataforma estandariza la comunicación de datos de proceso adquiridos, registros de alarmas y eventos, datos históricos y datos de lotes, a sistemas de empresa de múltiples proveedores y entre dispositivos de producción.

La actual generación del estándar OPC, nos referimos a OPC UA, es una suite de tecnologías destinadas al intercambio de datos entre distintos sistemas de control en diferentes capas de control de una manera estandarizada. El protocolo proporciona soluciones para conectar dispositivos de campo con sistemas de mayor nivel y aplicaciones en entornos complejos de manufactura.

OPC UA ha sido reconocido recientemente como el protocolo de comunicación preferido para IIoT. Al dejar de depender sólo de la tecnología de sistema operativo de Microsoft, OPC UA ofrece una arquitectura adecuada para la era de Internet, que brinda modernos medios de transporte, tecnologías de seguridad y especificaciones de datos y transacciones.

Con OPC UA, los requerimientos de Industrie 4.0 en cuanto a independencia de los sistemas de comunicación de un fabricante, de una industria o de una compañía se cumplen en su totalidad.

Al mismo tiempo, muchas instalaciones industriales tienen equipos ya existentes, que también pueden ser integrados para usar sus datos mientras se preservan las inversiones iniciales.

Algunos proveedores utilizan ahora el estándar abierto OPC UA embebido directamente en el propio PLC como cliente y servidor. Por ejemplo, el PLC ControlEdge de Honeywell, como su nombre lo indica, es al mismo tiempo un controlador y un dispositivo de borde que habilita la conectividad con IIoT. 

Esto se consigue aprovechando el protocolo OPC UA de conectividad e integración con una gran variedad de productos, incluso activos Honeywell, tales como la plataforma avanzada de automatización Experion. 

Los usuarios tienen la flexibilidad de elegir entre interfaces mientras se simplifica la integración con una amplia gama de sistemas y dispositivos.

 


Figura 2. Para que las organizaciones industriales puedan implementar estrategias avanzadas de automatización de manera eficiente y tan rápidamente como sea posible, es importante reducir la complejidad mediante estandarización.

 

Beneficios

Los beneficios específicos de esta implementación incluyen:

  • Conectividad estandarizada y segura dentro de la estructura de planta;
  • Independencia de plataforma y de fabricante;
  • Flexibilidad para cumplir con los requerimientos de digitalización;
  • Comunicación a través de todos los niveles sin gateways o hardware adicional:
  • Uso de una sola red desde automatización al nivel de IT;
  • Integración de instrumentos, equipos y software de terceros.

Gracias a recientes avances, los programadores de PLCs pueden enviar información directamente desde controladores a otros dispositivos, sistemas y aplicaciones de empresa. 

Al mismo tiempo, las plataformas de PLC embebidas con OPC UA logran que la digitalización sea una realidad al utilizar estándares informáticos abiertos y simplificar la arquitectura integrada de planta con comunicaciones directas a sistemas de empresa.

 

Razones para tener

un sistema integrado

Las organizaciones industriales buscan maximizar el retorno de la inversión asegurándose de que sus activos de automatización sean escalables, a prueba del futuro, adherir a estándares abiertos y poder integrar sin contratiempos los activos existentes, evitando tener que ‘sacar y reemplazar’ la infraestructura actual.

La experiencia ha mostrado que combinar sistemas de control de un mismo proveedor, como en el caso de Honeywell, que usa OPC UA para integrar su ControlEdge y Experion DCS, facilita la coordinación al tener menos equipos y acceso directo al conocimiento de sistema, lo que acelera la puesta en marcha, el comisionamiento y la solución de problemas. 

Además, se logran beneficios operacionales con una HMI común en todas las aplicaciones de sistema. 

Una solución integrada aporta diagnósticos pre-elaborados, un resumen integrado de alarmas, historización, tendencia y reporte en una sola infraestructura de automatización.

Trabajando con empresas que ofrecen soluciones tanto con DCS como con PLC, los usuarios podrán simplificar las operaciones de proceso instalando equipos con un ciclo de vida común y una conexión de integración altamente confiable versus una interface personalizada. Este método integrado proporciona importantes ahorros de costo en el ciclo de vida, requiere menos ingeniería y brinda una mayor confiabilidad.

 


Figura 3. Las plataformas de PLC embebidas con OPC UA hacen que la digitalización sea una realidad al simplificar la arquitectura integrada de planta utilizando comunicaciones directas con los sistemas de empresa.

 

Conclusión

Iniciativas como IIoT, Industrie 4.0 y otras, emplean la comunicación como elemento clave, lo que significa eficiencia a la hora de combinar sistemas inteligentes, sensores y actuadores. 

Los controladores diseñados para operar como dispositivos de borde habilitados por IIoT conforman una plataforma abierta que permite a los usuarios aprovechar datos provenientes de sus activos para reducir paradas no programadas y evitar productos fuera de especificaciones.

Una nueva generación de PLCs que emplea el protocolo OPC UA mejora el uso de las comunicaciones del piso de planta a nivel de empresa y tiene un rol importante en las aplicaciones de IIoT, lo cual es clave para lograr interoperabilidad entre múltiples proveedores y múltiples plataformas a la hora de mover datos e información del mundo embebido a la nube de la empresa.

 

Preparado en base a una presentación de Swapnil Adkar, gerente de comercialización de Honeywell Process Solutions.

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