Instrumentación inteligente en Industria 4.0

Los instrumentos de hoy en día se basan en datos y están conectados. Permiten acceder a información en vivo acerca del proceso a nivel de campo sin tener que conectarse en red a través de una HMI (interface hombre-máquina) tradicional. Es importante entonces aprender de qué manera Industria 4.0 incorpora datos y analítica desde los instrumentos inteligentes para agregar mucho valor a una empresa.

 

Instrumentos inteligentes en la infraestructura de Industria 4.0

Los instrumentos ‘inteligentes’ son instrumentos que, además de su propósito principal, generan datos adicionales, por ejemplo diagnósticos. Son plataformas sumamente accesibles, tales como teléfonos, tabletas y computadoras portátiles, que funcionan con señales de Wi-Fi o Bluetooth.

Los instrumentos inteligentes suelen incorporar protocolos avanzados, tales como EtherNet/IP u  OPC UA, que les permiten conectarse directamente en las redes del sitio en lugar de hacerlo a través del sistema de control.

Esto también se puede lograr con gateways. Por lo tanto, los sistemas de control pueden dedicarse predominantemente al control, mientras los datos de mantenimiento, calibración y comisionamiento todavía siguen accesibles en los niveles más altos, tales como SCADA o MES.

 

Ejemplos comunes de datos de instrumentos de Industria 4.0

Los caudalímetros son un dispositivo inteligente típico que utiliza diagnósticos avanzados en sus sensores y transmisores para notificar al usuario en el momento en que ha habido una falla física o de calibración o una deriva.

Por su parte, los sensores analíticos, tales como de pH y conductividad, han evolucionado incorporando salidas principalmente digitales, mientras los transmisores cuentan con protocolos avanzados. Estos transmisores, junto con sus sensores digitales, podrán aportar diversos diagnósticos, tales como número de ciclos de ejecución, deriva de calibración y salud del sensor, para que se puedan tomar decisiones informadas en lo que hace a calibración y reemplazo de sondas.

 

¿Qué ventajas ofrecen los protocolos de instrumentos avanzados en Industria 4.0?

Los dispositivos conectados a Ethernet ofrecen muchos más datos desde un instrumento que 4-20 mA y con menos cables. Por ejemplo, obtener datos de temperatura, conductividad y caudal desde un caudalímetros magnético requeriría 3 salidas separadas si el transmisor las tuviera disponibles. Estas mediciones, más todos los datos analíticos generados por el instrumento, pueden ser comunicados por medio de Ethernet, lo que reduce el cableado y la necesidad de dispositivos de medición adicionales, recortando requerimientos de costo y espacio.

 

¿Qué se consigue a partir de una instalación conectada a Industria 4.0?

Cuando la instrumentación se encuentra conectada a un MES del sitio, los datos están al alcance de la mano. Al caminar por una instalación, se podrá acceder a los instrumentos por medio de una interface móvil que ayuda a identificar dónde se encuentran los instrumentos y los datos que están generando. El proceso estará disponible a pedido en lugar de tener que ir a una estación de trabajo fija.

Cuando están conectados en red vía un gateway o un protocolo abierto directamente a un historizador o SCADA, los datos de mantenimiento y calibración disponibles para el MES directamente permiten imprimir órdenes de trabajo para reducir paradas y programas de mantenimiento proactivo. Quedan eliminadas las molestas salidas de alarma "fuera de calibración" desde el PLC, que muchas veces se ignoran.

 

¿Qué hacer con los datos?

Los instrumentos inteligentes pueden generar una gran cantidad de datos, lo que quizás asuste si el usuario no sabe qué hacer con todos esos datos. Crear tableros de control personalizados para limpiar, organizar y visualizar los datos puede aportar información valiosa en la toma de decisiones.

Al capturar datos usando dispositivos inteligentes, se podrán recolectar, almacenar, analizar y compartir información acerca de los productos y los equipos que los producen, apuntando a lograr una manufactura más flexible, rápida y eficiente.

Los datos de una instrumentación inteligente también permiten establecer tendencias a fin de evitar paradas costosas y contribuir en la toma de decisiones de diseño y manufactura más inteligentes.

La mejora continua es el objetivo de todas las empresas, y la instrumentación inteligente y conectada puede reducir ciclos de calibración y paradas no programadas, además de recortar requerimientos de costo y espacio.

No hay que tenerle miedo a la cantidad de datos que serán recolectados. Lo aconsejable es comenzar en pequeño, con unos pocos instrumentos, y trabajar en pos de un programa de calibración reducido y proactivo y menor cantidad de paradas no programadas.

 

Para más información sobre el tema, consultar en la edición eBook
N° 197 de la revista Instrumentación & Control Automático dedicada a ‘Instrumentación y datos en la era digital’.

Gemelo digital: Tecnología clave para el éxito de Industria 4.0

La visión de Industria 4.0 como un mundo digitalmente conectado se basa en productos inteligentes que se comunican uno con otro y con el mundo exterior a través de IIoT.

El concepto requiere un método estandarizado para describir estos componentes y cómo interactúan y se relacionan con los demás componentes o activos para conformar una máquina inteligente. Este modelo digital preciso se denomina gemelo digital.

El gemelo digital describe con precisión el activo de una manera estandarizada y estructurada. Cada activo necesita ‘conocer’ sus funciones y características específicas y cómo se adapta en su entorno, o sea su relación con otros activos inteligentes.

La importancia de la claridad de esta información se torna evidente cuando se observa el modelo RAMI 4.0 (Reference Architectural Model for Industrie 4.0) tridimensional y la relación entre los distintos elementos del ciclo de vida del producto, la inteligencia del activo y la jerarquía de control. El gemelo digital es una ‘etiqueta’ de producto digital estandarizada y legible por una máquina que hace posible un flujo continuo de información a través de este modelo tridimensional.

Un término de uso frecuente en relación al gemelo digital es ontología. Ha sido tomado de la filosofía y, en este contexto, se lo utiliza para describir de qué manera un activo inteligente se describe a sí mismo y tiene un sentido de ‘ser’, o sea qué es, qué hace, sus características físicas, etc. Tener esta información embebida en el producto o almacenada en la nube e intrínsecamente vinculada al producto, es clave en el gemelo digital. Es la base de los productos inteligentes que funcionan interrelacionados para crear máquinas inteligentes y, cuando se las combina, fábricas inteligentes.

 

Beneficios potenciales

Los beneficios potenciales de la tecnología de gemelo digital son enormes:

  • Reduce los tiempos de diseño y construcción de máquinas;
  • Optimiza el desempeño durante la vida operativa de la máquina;
  • Cumple un rol importate en el monitoreo de condiciones, mantenimiento predictivo y mantenimiento inteligente.
  • Permite mezclar datos de producto con información de aplicación para conseguir información basada en datos y, cada vez más, mediante inteligencia artificial, predecir el desempeño futuro.

Ya desde la etapa de diseño inicial se pueden lograr importantes ahorros. Por ejemplo, ingresando información del gemelo digital en un diseño inicial permite la construcción de un modelo CAD en 3D, que puede ser programado y proceder a la evaluación de la operación y desempeño de un sistema sin necesidad de cortar o ensamblar alguna parte metálica. La posibilidad de pasar información entre distintas funciones, tales como diseño mecánico, ingeniería eléctrica, control y software, elimina el reingreso innecesario de datos con cada función en base al modelo para construir su conjunto de datos.

 

Futuro desarrollo

Hay una intensa actividad dentro de asociaciones internacionales y entes de normalización para definir la estructura y el uso del gemelo digital. Por ejemplo, por más de 20 años, la organización eCl@ss e.V. ha estado trabajando en estándares de clasificación.

Se observa ahora una clara convergencia entre lo que originalmente era un estándar de referencia de datos transversal y la visión de Industria 4.0. Este estándar ofrece una estructura que ya ha sido adoptada por más de 4.000 usuarios para definir semánticamente productos y activos incluso complejos a fin de soportar otras herramientas legibles por máquina, tales como AutomationML (Automation Markup Language), PLC Open, ProStep, etc.

El estándar eCl@ss define la manera de describir productos en términos de ingeniería y producción, lo que se divide en dos partes: máquina y producto, logística de embalaje y transporte.

También tiene en cuenta la jerarquía de los activos para conformar una arquitectura de conocimiento de activos. 

Recientemente se anunció el establecimiento de ‘Industrial Digital Twin Association’. Al respecto, Frank Melzer, miembro directivo de Festo y jefe de National Platform Industrie 4.0, señaló que “a través de VDMA y ZVEI, hemos concebido una plataforma global neutral pero orientada a industria que incorpora la tecnología núcleo de Industria 4.0 como fuente abierta en todo el mundo.” Más de 20 empresas líderes en digitalización están trabajando conjuntamente en esta alianza para tener disponibilidad de datos en todos los ciclos de vida de un producto y ampliar las oportunidades de crear valor.

 

Preparado en base a una presentación de Steve Sands, de Festo GB.

Convenio marco de colaboración entre INTI y Siemens Argentina

INTI y Siemens Argentina acaban de firmar un convenio marco de colaboración que apunta a reducir la brecha digital en la industria, facilitar el acceso a la tecnología por parte de las PyMes y fomentar acciones relacionadas con el paradigma de Industria 4.0, además de capacitación, investigación, asesoramiento, asistencia y transferencia.

La agenda del paradigma 4.0 en la industria es prioridad tanto para el INTI como para el ministerio de Desarrollo Productivo”, destacó Rubén Geneyro, presidente de INTI.

El encuentro entre las instituciones se dio en modalidad presencial y virtual. Por parte del organismo público participaron, además de su presidente, Marcelo Marzocchini, director operativo; Hernán Vigier, director de Planeamiento y Comercialización; Julieta Comin, gerenta de Desarrollo Tecnológico e Innovación; Osvaldo Jalóm, subgerente de Electrónica y Energía; y Raquel Ariza, directora técnica de Industrias 4.0. Por parte de Siemens Argentina, participaron su CEO, Alejandro Köckritz, y Gustavo Guitera, gerente de Innovación y Tecnología.

Geneyro también resaltó “la necesidad de trabajar en forma federal, con el objetivo de acercar soluciones productivas y digitales acordes a cada realidad regional”.

Por su parte, Köckritz señaló que “desde hace más de 160 años, Siemens participa activamente en el crecimiento sostenible del país. Este convenio ratifica su compromiso, donde cooperar y colaborar en forma conjunta con el INTI, a través del intercambio de conocimientos, experiencias y avances tecnológicos, sin duda enriquecerán y fortalecerán el know how local, lo que no es más que un catalizador para impulsar el crecimiento de las industrias”.

El texto del convenio destaca los siguientes objetivos:

ν Articular conocimientos y experiencias de ambas instituciones con el propósito de realizar actividades de capacitación, organizar cursos, seminarios, talleres, jornadas de actualización y otras actividades formativas de interés común relacionadas con el cumplimiento de sus objetivos;

  • Promover la realización conjunta de acciones de relevamiento y monitoreo tecnológico del entramado productivo a los efectos de desarrollar trabajos de investigación, asesoramiento, asistencia técnica y transferencia de conocimiento;
  • Contribuir desde el ámbito de sus competencias a reducir la brecha digital en la industria, favoreciendo el acceso a la tecnología por parte de los diferentes actores del entramado productivo, en particular pequeñas y medianas empresas;
  • Impulsar la adopción de tecnologías relacionadas con el paradigma ´Industria 4.0´ mediante la realización de acciones de relevamiento, diagnóstico y planeamiento orientadas a la implementación de soluciones digitales en los diferentes sectores de la producción de todo el país.

A través de este convenio, ambas instituciones aúnan fuerzas para que la tecnología sea un factor de crecimiento sostenible para el país.

Virtual Tour Digital Industries 2020: ¡Conéctese a la industria del futuro!

Mucho se habla de Industria 4.0, fábricas inteligentes, uso de datos, integración de sistemas y otros tantos temas que tienen como objetivo lograr que la producción sea más flexible, eficiente y escalable.

Dentro de este contexto, Siemens organizará un evento virtual, 100% digital, denominado Virtual Tour Digital Industries 2020, del 29 de septiembre al 1 de octubre, donde se podrán conocer las novedades en automatización y digitalización que permitirán que una industria sea más competitiva, dando el salto tecnológico necesario a fin de generar el diferencial que le hará crecer satisfaciendo las necesidades de una demanda cada vez más exigente.

A través de presentaciones realizadas por especialistas y mediante una exposición virtual, se podrán recorrer stands que contendrán tecnologías y sistemas para mostrar cómo llevar la producción al siguiente nivel, utilizando innovaciones aplicadas a informática, digitalización combinada con estandarización, conectividad y localización, así como también sistemas y software integrados.

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.

Muchas conversaciones acerca de manufactura se convierten rápidamente en preguntas sobre el futuro. ¿La automatización y los robots se harán cargo de todo? ¿Cómo podremos sostener el crecimiento en un mercado global que cambia muy rápidamente? ¿Estamos mejorando e invirtiendo lo suficiente como para mantenemos delante de la competencia? ¿Deberíamos estar pensando en IIoT? ¿Qué pasa con Industria 4.0? ¿Se debe prestar atención a estos temas si no usamos muchos componentes eléctricos? Pues bien, si uno desea que su negocio siga siendo viable en esta próxima revolución industrial, es imprescindible conocer y comenzar a invertir en aplicaciones de IIoT e Industria 4.0, aun cuando se trate de una empresa ‘sólo mecánica’.

IIoT se refiere simplemente a la conexión de dispositivos en el piso de planta, facilitando el desarrollo de sistemas ciberfísicos y la comunicación entre dispositivos, lo que se traduce en nuevas formas de generar y recolectar datos interesantes en todo el espacio industrial.

IIoT se encarga de seleccionar dispositivos que ofrecen visibilidad hasta los puntos más bajos del piso de producción, lo que brinda visibilidad dentro de la máquina y habilita el mantenimiento predictivo y la analítica de Big Data.

Básicamente, IIoT tiene que ver con la conexión de dispositivos. Pero, en definitiva, al conectar más dispositivos juntos, mejora el desempeño general de los equipos y aporta nuevos conocimientos acerca de la empresa.

Industria 4.0 afecta nuestros procesos y toda la cadena de suministro. Es una mezcla de digitalización, nueva tecnología y decisiones prácticas destinadas a cambiar drásticamente la forma en que fabricamos productos gracias a una flexibilidad sin precedentes, una producción eficiente y visibilidad en todos los niveles de producción.

 

¿Cuál es la diferencia entre IIoT e Industria 4.0?

 

Es importante que todo el mundo de manufactura pueda asumir ahora este desafío. Por ejemplo, las unidades de potencia hidráulica (HPUs por sus siglas en inglés) gozan ahora de gran aceptación por su conexión con IIoT. Los switches on-off de presión o caudal tradicionales están siendo actualizados a dispositivos inteligentes que ofrecen información por encima y más allá de lo que se consigue con switches simples.

Incluso los dispositivos analógicos tradicionales, tales como transductores de temperatura, presión, caudal y nivel, pueden estar listos para IIoT gracias a tecnologías estándar abiertas como IO-Link. Estas tecnologías eliminan los inconvenientes que se derivan de la integración de una tecnología analógica y suman un valor adicional al incorporar parámetros, diagnósticos, eventos y advertencias fáciles de reportar.

Una HPU estándar puede convertirse en una unidad de potencia inteligente con una modificación mínima y aportar un valor considerablemente mayor en base a mantenimiento predictivo, monitoreo remoto y facilidad de resolución de problemas. Con tecnologías listas para IIoT, es posible conectarse con los dispositivos y saber exactamente qué es necesario reparar y, tal vez, predecir una falla antes de que ocurra, lo que permite reducir drásticamente no sólo las paradas de máquina, sino también el tiempo que se está en lugares peligrosos.

Seleccionar tecnologías listas para IIoT es tan sólo un primer paso del programa para aprovechar al máximo el valor de Industria 4.0. También es importante analizar procesos, determinar cómo se puede implementar flexibilidad en la producción y discutir dónde tiene sentido utilizar tecnología de automatización para soportar procesos lean. Los fabricantes de hoy en día pueden visualizar cada aspecto de su producción en múltiples sitios, fabricar de manera flexible cientos de variantes de producto en la misma línea de producción y garantizar estándares de calidad con prácticamente cero paradas de máquina.

Industria 4.0 es una filosofía cultural acerca de cómo utilizar los mayores niveles de visibilidad, flexibilidad y eficiencia a través de la producción para ser más competitivos. Por su parte, IIoT es un factor que habilita Industria 4.0: conectar dispositivos, datos, máquinas y gente en pos de beneficiar empresa y clientes. Al abarcar a ambos, es más fácil lograr resultados positivos y sostener una competitividad global.

 

Preparado en base a una presentación de Will Healy III, director de Balluff Inc., con el asesoramiento del Ing. Marcelo Petrelli.

Revolución en automatización:  La neumática en la era de Industrie 4.0

 

La neumática es considerada una tecnología intrínsecamente amigable con el usuario. Y será aún más simple, versátil y flexible con Festo Motion Terminal VTEM, que irá catapultando la neumática dentro de la era de Industrie 4.0, con apps que pueden reemplazar más de 50 componentes individuales. Todo esto gracias a los más recientes desarrollos en piezo tecnología y software.

Al igual que el teléfono inteligente cuando revolucionó el mercado de comunicaciones móviles, Festo Motion Terminal se apresta a revolucionar la tecnología de automatización. Un nuevo tipo de integración de funciones, combinada con apps de software, simplificará toda la cadena de valor, desde ingeniería y abastecimiento hasta mantenimiento.

 

Auténtico componente Industrie 4.0

La piezo tecnología y sensores integrados de carrera y presión, junto con control usando apps de movimiento, permitirá a la industria ingresar en nuevos territorios. La fusión de mecánica, electrónica y software lograda en Festo Motion Terminal transforma un producto neumático en un auténtico componente Industrie 4.0 y facilita una producción flexible.

La funcionalidad neumática y la adaptación a nuevos formatos son controladas a través de apps cambiando parámetros. Por su parte, sensores inteligentes integrados para control, diagnósticos y autoaprendizaje eliminan la necesidad de componentes adicionales. La clave está en que Festo Motion Terminal actúa como un mapa digital, aportando rápidamente información del producto y facilitando la trazabilidad. La parametrización se realiza a través de un servidor web sin un software adicional de configuración, además de poder integrar estándares de interface para Industrie 4.0, tales como OPC UA.

 

Funciones a través de apps de movimiento

VTEM ofrece diez funciones a través de apps de movimiento: desde la modificación básica de las funciones direccionales de una válvula de control hasta un movimiento de gran eficiencia energética, y desde comportamiento proporcional hasta distintos perfiles de movimiento.

Gracias a la rápida activación de nuevas funciones a través de apps, los constructores de máquinas podrán crear un tipo básico de máquina y luego seleccionar las apps pertinentes para equiparla con distintas funciones y características según los requerimientos del cliente.

Con la nueva plataforma de automatización, las funciones pueden ser seleccionadas y modificadas tocando simplemente un botón, sin una tediosa instalación y sin tener que cambiar el hardware o instalar componentes adicionales, todo lo cual facilita la producción de bienes personalizados, incluso en tamaños de lote de 1.

 

Eficiencia energética intrínseca

La nueva plataforma de automatización está basada en un concepto integrado de eficiencia energética. Las apps de movimiento desarrolladas especialmente y la función de diagnóstico de fugas para monitoreo de condiciones aseguran el ahorro de energía durante la operación. Dentro de este contexto, la piezo tecnología, que ahorra energía en la etapa preliminar de la válvula proporcional, también tiene su importancia.

El consumo de aire se puede adaptar utilizando las apps ‘nivel de presión seleccionable’ y ‘accionamiento ECO’. Con un nivel de presión digitalmente seleccionable, es posible limitar la fuerza neumática al nivel necesario para la aplicación, con lo que se adapta flexiblemente a los movimientos de avance y retorno y también a las distintas cargas.

El accionamiento ECO reduce el consume de aire comprimido al nivel mínimo requerido, ya que no se necesitan fuerzas de prensionado y retención en la posición final. Según la aplicación, se pueden obtener ahorros de hasta 70% comparado con una operación estándar.

 

Costos y complejidad reducidos

Festo Motion Terminal consigue un movimiento rápido y poderoso y la prueba de fugas con un costo mucho más bajo que las soluciones corrientes. Esto significa, por ejemplo, que se requieren menos controladores comparado con las soluciones eléctricas, ya que un solo controlador puede controlar hasta ocho movimientos con VTEM.

En el futuro habrá más aplicaciones, por ejemplo el pre-posicionamiento con una subsiguiente operación de ajuste de presión dependiente de la fuerza. El consumo de energía se reduce y el espacio de instalación requerido disminuye en hasta 65%.

Cuando se las compara con la tecnología de accionamiento eléctrico, las soluciones con Festo Motion Terminal representan alternativas reales de bajo costo, incluso para las funciones neumáticas.

 

Revolución en automatización:  La neumática en la era de Industrie 4.0

 

Módulo de entrada

Hasta 16 entradas analógicas o digitales desde aplicaciones de control directo, por ejemplo Soft Stop.

 

Válvula

La válvula controlada por app se compone de cuatro válvulas de asiento a diafragma de 2/2 vías, que son controladas por cuatro piezo válvulas piloto. Los sensores integrados de carrera y presión aportan un control óptimo y un monitoreo transparente de condiciones. La interacción entre los componentes y el diseño del circuito puente, que permite presurización y venteo independientes, también contribuyen a la flexibilidad de la válvula.

 

Módulo CPX

Con CPX, se tiene la opción de usar distintos sistemas de control y especificaciones del usuario final, además de todos los módulos comunes de E/S digitales y analógicas.

 

Interface Ethernet WebConfig

Para la parametrización  eficiente se puede usar una interface de usuario WebConfig intuitiva a través del navegador web de la PC o acceder a un sistema de control de máquina (PLC) como es habitual, sin necesidad de un software de configuración adicional.

 

Amplia respuesta

 

Festo Motion Terminal ofrece enormes ventajas a la hora de responder a una amplia gama de requerimientos:

  • Cambios frecuentes de formato (presión, tiempo de carrera, velocidad)
  • Perfiles de aceleración y/o velocidad
  • Movimiento de grandes cargas (ver Soft Stop)
  • Acceso restringido a accionamientos (‘incorporado’)
  • Requerimientos de regulación de alta presión
  • Eficiencia energética (movimientos cortos y rápidos o lentos y prolongados)
  • Tiempos de ciclo constantes (auto-ajuste)
  • Diseños suaves con los componentes y que minimizan la vibración (soft, controlados)
  • Requerimientos de diagnósticos (por ejemplo, fugas)
  • Protección del conocimiento

 

La automatización de fábricas y procesos está alcanzando niveles de integración que van mucho más allá de la simple automatización. Esto no sólo allana el camino hacia niveles de eficiencia, control de procesos y flexibilidad mucho más elevados, sino que también requiere mayor seguridad para proteger a toda la fábrica contra un eventual malware y accesos no autorizados.

Digitalización, Industrie 4.0 y otras iniciativas no son sólo expresiones de moda, sino que representan la próxima dimensión de eficiencia en sistemas de producción y plantas de procesos. Los sistemas de automatización y la tecnología de la información se fusionarán, mientras que el acceso remoto, el monitoreo de procesos y el control y mantenimiento alcanzarán nuevos niveles.

Big Data ofrecerá nuevas perspectivas y ayudará concretamente a controlar los procesos y a mejorar la disponibilidad de la planta.

Habiendo cada vez más dispositivos conectados a la IIoT (Industrial Inter­­net of Things), las islas de automatización desaparecerán, con lo cual crece la importancia de tener redes de comunicación industrial confiables, seguras y preparadas para el futuro.

Dentro de este contexto, según muchos operadores de plantas, Indus­trie 4.0 representa nuevos desafíos en términos de protección de sus sistemas de automatización contra malware, accesos no autorizados y brechas de seguridad, tanto intencionales como no intencionales. Ellos conocen muy bien los incidentes ocurridos que fueron noticia y, muchas veces, dudan a la hora de introducir tecnologías innovadoras por temor a exponer sus sistemas a nuevas vulnerabilidades y formas de ataque.

 

Siemens ofrece componentes de Seguridad Integrada para implementar conceptos de protección de celdas; estos componentes tienen, además de funciones integradas de comunicación, funciones de protección especiales, tales como firewalls y VPN.

 

Clave del éxito: La apertura

Siemens sabe por experiencia propia que los ciberataques no se deben tomar a la ligera. Como jugador global en el campo de la automatización y operador de muchas fábricas en todo el mundo, Siemens ha adoptado una filosofía que aborda este tema y que incluye la seguridad en el diseño de sus productos, en el desarrollo de los sistemas y en los servicios. Los componentes con seguridad integrada son un gran ejemplo, ya que, además de tener funciones integradas de comunicación, también incorporan funciones de protección especiales, tales como firewalls y VPN. También ayudan a los clientes a la hora de abordar abiertamente cualquier vulnerabilidad y responder eficientemente a cualquier intrusión en el sistema.

 

Siemens aplica un concepto de Seguridad Holística en sus propias fábricas y en las que opera.

 

Beneficios de la experiencia personal

Para los proveedores de sistemas de automatización y operadores de planta por igual, la vulnerabilidad del sistema es un tema delicado. En este contexto, los socios tecnológicos deberían lidiar con este problema en un clima de mutua confianza y comunicación abierta. Al ser un jugador global tanto en la manufactura discreta como en la industria de procesos, los expertos y proveedores de soluciones de Siemens disponen de un extenso know-how obtenido a partir de un sinfín de instalaciones en todo el mundo que les permite familiarizarse con los desafíos específicos que enfrentan muchas industrias y clientes.

Siemens también opera sus propias fábricas en muchas partes del mundo, aprovechando sus productos y componentes con seguridad integrada para crear conceptos holísticos y así proteger sus fábricas y sistemas de automatización. Esto le permite ofrecer soluciones de avanzada, basadas en sistemas y componentes que ya han probado en sus propias plantas y sistemas.

Además del aspecto vital de la seguridad, otros atributos importantes de los productos son la puesta en marcha y las tareas de mantenimiento que se realizan sin necesidad de un ingeniero especializado en el sitio. Esto se logra integrando todas las configuraciones de hardware en el software de ingeniería o con plug-ins inteligentes que eliminan la necesidad de una configuración manual in situ. Los técnicos de servicio sólo deben desenchufar, reemplazar y reconectar un componente defectuoso sin preocuparse por la configuración ni posibles errores.

 

Enfoque holístico en cuanto a la seguridad industrial

La seguridad del sistema es mucho más que un firewall eficiente. Ante la amenaza constante de un ciberataque, se requiere un enfoque holístico que incluya desde la protección física de las instalaciones, a partir de un acceso eficiente al sistema de control, hasta el abordaje de problemas de software, tales como parches de seguridad y actualizaciones.

Por este motivo, Siemens ha elaborado un proceso de desarrollo de hardware y software (seguro desde el diseño) que integra activamente todos los temas de seguridad importantes desde su concepción. En todos los proyectos de desarrollo, el gerente de proyecto trabaja junto con el experto en seguridad. Este experto será el responsable de una revisión de seguridad abarcadora de las funciones y diseño solicitados, y también realizará las pruebas de seguridad necesarias antes de lanzar cualquier producto al mercado. El experto en seguridad está autorizado para detener el lanzamiento de cualquier proyecto si identifica alguna brecha grave de seguridad.

 

Los nuevos dispositivos SCALANCE SC-600 Industrial Security cuentan con procesos seguros desde su diseño conforme a IEC 62443-4-1, junto con análisis de riesgo y pruebas de penetración.

 

El proceso de seguridad debe evaluar y analizar en detalle todas las amenazas y riesgos de los entornos industriales donde se utilizarán los productos.

Además, cabe mencionar que Siemens es miembro del cuerpo de normalización ISA 99 del líder internacional en seguridad industrial, la norma IEC 62443, que tiene como claro objetivo cumplir con todos los estándares industriales establecidos.

También impulsa activamente el desarrollo de dichos estándares, a partir de los requerimientos de los usuarios, a fin de incorporar confiabilidad y aspectos vitales de seguridad en sus fábricas y entornos del sistema de automatización de procesos.

 

La seguridad como estándar de calidad y manejo abierto y transparente de incidentes

Como parte del proceso de desarrollo con seguridad desde el diseño, expertos en seguridad analizan todos los componentes de hardware y software nuevos. Estos expertos buscan problemas que podrían tornar vulnerable un componente ante ataques externos y, por ende, comprometer la seguridad de todo el sistema de automatización.

Esta investigación continúa aún luego de que el producto se haya lanzado al mercado. Es por ello que los expertos en seguridad de Siemens trabajan en conjunto con reconocidos investigadores de seguridad de universidades, proveedores de servicios de seguridad y organizaciones CERT de todo el mundo, accediendo a lo último en información sobre seguridad.

Toda vulnerabilidad que se identifica es resuelta en el menor tiempo posible por un grupo de tareas conformado específicamente a ese fin. Se verifican las actualizaciones del producto y se entregan parches de seguridad a todos los clientes que pudieren verse afectados.

En otras palabras, estos productos de hardware y software reflejan un estándar de calidad donde el énfasis está puesto en la seguridad del producto más que en el time-to-market.

El desafío de la seguridad de Industrie 4.0
Con su protección total (defense in depth), Siemens ofrece un concepto multifacético que brinda a las plantas y los sistemas una protección completa multicapa. El concepto se basa en la seguridad de la planta, seguridad de red e integridad del sistema, junto con las recomendaciones de IEC 62443.

 

La seguridad como factor vital en el costo total de propiedad (TCO)

Los ciberataques pueden detener todo el proceso de una planta o sistema de fabricación. Esto no sólo genera una pérdida de capital sustancial para la compañía, sino también, según el tipo de industria, puede generar una pérdida de reputación y exponer a la compañía a costosos reclamos de responsabilidad. Estos activos incluso podrían incluirse en una lista negra si son parte de una infraestructura pública.

En consecuencia, son cada vez más las compañías dispuestas a invertir en la seguridad de sus sistemas de automatización recurriendo a un partner como Siemens, que considera la seguridad parte integral de su estrategia de negocios. Aunque invertir en productos robustecidos (proceso de hardening) sería más costoso, contribuiría a reducir el costo total de propiedad a lo largo de todo el ciclo de vida del sistema.

 

Servicios de protección de por vida

El aumento de los ciberataques no puede ignorarse. Pero eso no debe ser motivo para renunciar a la digitalización de la producción industrial. Es más, la ciberseguridad debería ser considerada una ventaja competitiva más que un factor de costo”, explicó Helmuth Ludwig, director de Siemens.

La ‘Seguridad Industrial’ es un concepto de seguridad estratégico que allana el camino hacia la Empresa Digital del mañana. Se concentra en el concepto defense-in-depth (defensa en profundidad) que propone la norma IEC 62443. La Seguridad Industrial no sólo se traduce en funciones de seguridad de productos, sino también en  sistemas de automatización conteniendo componentes de software predefinidos con seguridad comprobada.

También brinda servicios relacionados con la seguridad que monitorean continuamente los sistemas de automatización y el desarrollo de medidas de seguridad preventivas.

La ciberseguridad industrial es un desafío, pero se la puede dominar con esfuerzos coordinados, comunicación abierta y servicios dedicados. Plant Security Services de Siemens, junto con los servicios de Patch Management y Vulnerability Management, ofrecen el tipo de soporte exacto que se requiere en este campo.

 

Preparado por Siemens S.A.

¿Qué? ¿Dónde? ¿Cómo?

Noviembre 22, 2018

La identificación inalámbrica que usa RFID es una de las tecnologías clave en procesos de producción inteligentes de Industrie 4.0. A tal fin, Turck ofrece una poderosa herramienta con su solución BL ident RFID.

 

Una producción industrial altamente automatizada, muy flexible y fuertemente interconectada requiere tecnologías eficientes para identificar sistemas, herramientas, componentes y productos. Gracias a sus beneficios específicos, la tecnología inalámbrica de identificación RFID se destaca frente a otras soluciones alternativas, tales como identificación óptica, y se convierte, sin lugar a dudas, en una de las tecnologías clave de Industrie 4.0.

Hoy en día, en muchos lugares, la implementación de RFID en procesos de producción sigue siendo todavía complicada e insume tiempo. La tecnología HF es relativamente fácil de integrar por la incidencia insignificante del entorno espacial y físico. Sin embargo, la tecnología HF tiene un alcance limitado, por lo que se debe recurrir a la banda UHF en aplicaciones que requieren mayor flexibilidad y mayores alcances.

La tecnología UHF se usa principalmente en aplicaciones donde los tags corresponden a producto, permanecen en el lugar, son de difícil alcance o incluso dejan el sitio de producción.

Las lecturas masivas son otro beneficio de la tecnología UHF. Aun cuando la lectura simultánea de varios tags también sea posible con la tecnología HF, está limitada a sólo aproximadamente 20 tags por operación de lectura. UHF puede manejar 200 tags e incluso más, de acuerdo al número de antenas. En consecuencia, la tecnología UHF se usa principalmente en aplicaciones de logística donde se requiere la lectura simultánea de varios tags.

 

Novedad en la última Feria de Hannover: El módulo TBEN-L-RFID de Turck con un servidor OPC UA integrado simplifica la conexión de la automatización de fábrica con el mundo IT.

 

RFID con UHF: Grandes alcances y alta complejidad

Los usuarios aceptan un cierto compromiso entre la mayor complejidad de los sistemas UHF y la mayor flexibilidad y mayores alcances que se logran con esa tecnología. A diferencia de los sistemas HF, la comunicación de UHF no se basa en el acoplamiento inductivo en el campo magnético cercano, sino en la radiación de ondas electromagnéticas.

Esto permite mayores alcances pero también introduce efectos laterales, tales como interferencia causada por la interacción entre cabezales de lectura/escritura o tags. Las reflexiones de las ondas sobre paredes, objetos metálicos u objetos que contienen agua también le plantean desafíos serios al usuario.

Los cabezales de lectura/escritura incorporan algunos parámetros que pueden ser configurados para paliar estos efectos. Por ejemplo, controlar la energía de salida de la mayoría de los dispositivos. Sin embargo, los usuarios también deben configurar filtros RSSI (Received Signal Strength Indicator) y otros parámetros para adaptarlos a la aplicación.

¿Se deben leer varios tags al mismo tiempo? ¿Los cabezales de lectura/escritura o los tags están en movimiento? ¿Se requieren operaciones de lectura y escritura y, si es así, cuán rápidos han de ser los procesos? Estas cuestiones son la base de una instalación de UHF y deben tener respuesta en el momento en que se diseña un sistema.

Y ésta es también la razón por la que la mayoría de los proyectos con UHF requiere la participación de los integradores de sistemas. Los integradores deberán instalar un middleware que filtre, transfiera y, si es necesario, presente la información utilizable desde el RFID a los sistemas ERP, SCADA o MES del cliente.

 

HF irremplazable en automatización

Mientras UHF está ganando terreno principalmente en aplicaciones de logística, el desarrollo de la producción digital en automatización de fábricas seguirá siendo soportada por soluciones de HF, en parte combinadas con la tecnología UHF.

El sistema BL ident RFID de Turck está destinado a esta clase de aplicaciones híbridas, ya que permite la conexión de cabezales de lectura/escritura HF y UHF en los mismos módulos de interface. La adaptación de las interfaces a los controladores es sumamente sencilla, en especial con las nuevas interfaces RFID de los módulos bloque TBEN-S o TBEN-L IP67, provistos con Interface Universal (UI Interface). La interface UI permite que un controlador pueda usar los canales de RFID como simples entradas, lo que elimina la necesidad de un bloque de función definido por el usuario en el controlador.

 

Comunicación estandarizada OPC UA

Si se necesitan interfaces RFID para comunicarse con soluciones de middleware, SCADA, ERP o MES, los usuarios, en la mayoría de los casos, tienen que aceptar soluciones propietarias o incluso escribir sus propios programas.

El estándar OPC UA, independiente de plataforma, es una interesante solución, ya que ofrece un lenguaje estándar para comunicación con controladores y sistemas IT. Dentro de este contexto, Turck ha integrado ahora la interface OPC UA directamente en su interface RFID IP67, denominada TBEN-L4-RFID-OPC-UA, lo que permite que las interfaces puedan comunicarse directamente con MES, ERP u otros sistemas basados en Ethernet. Muchos servicios de nube también soportan OPC UA y, de esta forma, aceptan la transferencia de datos de producción a la nube para tareas de monitoreo o análisis.

OPC UA también contiene una especificación adicional que estandariza la comunicación de dispositivos AutoID en particular, tales como lectores de código de barras o lectores RFID.

Si los dispositivos soportan el estándar correspondiente a dispositivos AutoID, los respectivos sistemas pueden intercambiarse uno con otro. La especificación correspondiente a dispositivos AutoID también proporciona el así llamado modo Reporte, que es soportado por los cabezales de lectura/escritura de Turck.

De esta forma, el cliente podrá realizar un barrido de tags continuo o de tiempo limitado y disponer de los datos leídos como notificaciones de eventos tan pronto se localiza un tag en el campo del cabezal de lectura/escritura. En consecuencia, el usuario ya no requiere una señal de disparo adicional, con lo que el cabezal de lectura/escritura opera de manera autónoma a la hora de reportar cualquier nuevo tag a los usuarios o sistemas de mayor nivel.

 

Comunicación segura

Otro beneficio de OPC UA es el hecho de que el estándar soporta mecanismos de seguridad para encriptación y autenticación, protegiendo así los datos contra un acceso no autorizado, en particular a la hora de transferir esos datos a sistemas ERP o de nube. De este modo, el usuario dispone de un acceso seguro desde cualquier lugar en el mundo.

TBEN-L4-RFID-OPC-UA ofrece encriptación de datos y soporte para certificados de seguridad, como así también configuración de derechos de acceso a través del servidor de web con la correspondiente conexión HTTPS segura.

Ambas bandas de frecuencia, HF y UHF, seguirán teniendo un rol cada vez mayor a medida que avance Industrie 4.0. Y es allí donde reside la importancia de Turck con su sistema BL ident RFID: la posibilidad de trabajar al mismo tiempo con HF y UHF.

 

Preparado en base a una presentación de Bernd Wieseler, director de gestión de sistemas RFID en Turck. Representante en la Argentina: Aumecon S.A.

Una de las claves para que Industrie 4.0 y las fábricas inteligentes se hagan realidad es la comunicación bidireccional entre sensores de bajo nivel y actuadores, por un lado, y controladores de mayor nivel, sistemas de automatización y sistemas MES, por el otro. Y esto es justamente lo que hace IO-Link…

Los dispositivos habilitados por IO-Link no sólo transmiten datos de máquina a los sistemas de gestión de negocio, sino que también permiten que un sistema de control pueda cargar datos de parámetros en el dispositivo, el cual, a su vez, puede enviar de vuelta información de estado al controlador. De esta forma, los dispositivos IO-Link facilitan el comisionamiento y la puesta en marcha de máquinas, pueden realizar ajustes mientras funciona una máquina y ofrecen capacidades de monitoreo y diagnóstico. El resultado final es una mayor flexibilidad en máquinas y procesos, un aumento de la productividad y menos paradas.

 

¿Qué es IO-Link?

IO-Link es la primera tecnología de E/S en ser adoptada como estándar internacional (IEC 61131-9). Es un protocolo de comunicación serie abierto que permite el intercambio bidireccional de datos desde sensores y otros dispositivos que soportan IO-Link y están conectados a un maestro. El maestro IO-Link puede transmitir estos datos sobre distintas redes, fieldbuses o buses de backplane, facilitando el acceso a los datos para tomar una acción inmediata o para un análisis a largo plazo mediante un sistema de información industrial (PLC, HMI, etc.). 

Cada sensor IO-Link tiene un archivo IODD (IO Device Description) que describe el dispositivo y sus capacidades de IO-Link.

Cabe señalar que IO-Link no es otro fieldbus, sino un protocolo de comunicación punto a punto entre un sistema IO compatible y un dispositivo de campo. Puesto que IO-Link es un estándar abierto, los dispositivos pueden ser integrados prácticamente en cualquier fieldbus o sistema de automatización.

Tradicionalmente, integrar una interface de fieldbus hasta un dispositivo ubicado en el nivel más bajo de campo resultaba costoso. IO-Link es un sistema sencillo y económico que transmite datos binarios, analógicos, de parametrización y de diagnóstico a través de un cable de tres hilos sin blindaje.

Un sistema IO-Link básico consiste de un maestro; dispositivos como sensores, actuadores, arrancadores de motor y lectores RFID; cables de hasta 20 metros de largo (normalmente con conectores M12 instalados en fábrica); y herramientas de software de configuración. 

El maestro IO-Link se comunica con los dispositivos IO-Link, recolecta allí los datos y los transmite a un sistema de bus de mayor nivel. El protocolo de comunicación IO-Link no incluye definición alguna en cuanto a este protocolo de mayor nivel.

El master IO-Link puede tener varios canales, uno para cada dispositivo conectado, y puede ser integrado dentro de un PLC o controlador para servir como gateway a distintos fieldbuses, tales como DeviceNet, PROFI­NET y EtherNet/IP. En consecuencia, se lo puede utilizar como conexión entre dispositivos individuales y el sistema de automatización de planta.

 

Pirámide de automatización.

 

Ventajas de IO-Link Menos cableado y estandarizado

Un beneficio importante de IO-Link en muchas industrias es que no requiere un cableado especial o complicado. Por el contrario, los dispositivos IO-Link pueden ser conectados utilizando los mismos cables de tres hilos sin blindaje estándar de las E/Ss discretas convencionales, lo que simplifica el cableado y reduce la variedad de cables que requieren los sensores, ahorrando en costos de inventario. 

IO-Link también soporta una configuración maestro-esclavo con puntos de conexión pasivos, lo que recorta aún más los requerimientos de cableado.

 

Mayor disponibilidad de datos

La disponibilidad de datos es una potente ventaja de IO-Link con un gran número de consecuencias. El acceso a datos a nivel de sensor garantiza una operación óptima de los componentes del sistema, simplifica el reemplazo de dispositivos y habilita la implementación de programas optimizados de mantenimiento de máquinas, todo lo cual ahorra costos y reduce el riesgo de una parada de máquina.

Hay tres tipos principales de datos disponibles a través de una comunicación IO-Link, que se pueden clasificar como datos cíclicos (datos automáticamente transmitidos en forma regular) o datos acíclicos (datos transmitidos según necesidad o a pedido):

  • Datos de proceso – Se refieren a la información que el dispositivo lee y transmite al maestro, por ejemplo la lectura de distancia en un sensor de medición láser. Los datos de proceso también pueden referirse a la información transmitida al dispositivo desde el maestro, por ejemplo mensajes enviados a una columna luminosa indicando qué segmentos de color deben iluminarse. Los datos de proceso son transmitidos en forma cíclica dentro de un marco definido de datos. Junto con los datos de proceso, también se transmiten datos del estado del valor, o sea indicaciones acerca de la validez o no de los datos de proceso.
  • Datos de servicio – También denominados datos de dispositivos, se refieren a la información acerca del propio sensor, por ejemplo valores de parámetros, números de modelo y serie, descripciones de dispositivos, etc. Los datos de servicio puede ser escritos al dispositivo o leídos desde el dispositivo en forma acíclica.
  • Datos de eventos – Se refieren a notificaciones, tales como mensajes de error o alertas de mantenimiento, por ejemplo por sobrecalentamiento de un dispositivo o lentes sucios, que son transmitidos en forma acíclica desde el dispositivo IO-Link al maestro siempre que ocurra un evento.
  • Esta abundancia de datos valiosos que se consigue con IO-Link es integral para Industrie 4.0 e IIoT. 

 

IO-Link es un sistema sencillo y económico que transmite datos binarios, analógicos, de parametrización y de diagnóstico a través de un cable de tres hilos sin blindaje.

 

Detección y parametrización automáticas de un dispositivo IO-Link 

Durante la puesta en marcha inicial, los parámetros operativos de un dispositivo se encuentran guardados en el maestro. Una vez conectado, el maestro reconoce el dispositivo y habilita su puesta en marcha automática. Si un dispositivo, por ejemplo un sensor, falla, puede ser cambiado y los datos de parametrización guardados en el maestro descargados automáticamente en el dispositivo de reemplazo.

 

Diagnósticos extendidos

IO-Link permite a los usuarios ver los errores y estado de salud de cada dispositivo, o sea ver no sólo lo qué está haciendo el sensor sino cuán bien lo hace, algo crítico a la hora de conocer la eficiencia de una máquina. Además, los diagnósticos extendidos permiten a los usuarios identificar fácilmente cuando un sensor está mal funcionando y diagnosticar el problema sin detener la línea o la máquina.

 

Funciones remotas de configuración y monitoreo 

Con IO-Link, los usuarios podrán leer y cambiar parámetros de dispositivos utilizando el software del sistema de control, lo que se traduce en una rápida configuración y comisionamiento que ahorra tiempo y recursos. Gracias a IO-Link, los operadores podrán modificar dinámicamente los parámetros de los sensores desde el sistema de control según necesidad, por ejemplo en el caso de un cambio de producto, lo que reduce paradas y permite que las máquinas acepten una mayor diversidad de productos. Esto resulta especialmente importante en aplicaciones con paquetes donde la exigencia de variar el empaque es cada vez más frecuente. 

Asimismo, la posibilidad de monitorear salidas de sensores, recibir alertas de estado en tiempo real y ajustar desde prácticamente cualquier lugar permite a los usuarios identificar y resolver al instante los problemas que surgen a nivel de sensor. Esto también significa que los usuarios podrán tomar decisiones en base a datos en tiempo real desde los propios componentes de máquina, lo que recorta paradas costosas y mejora las eficiencias.

 

Datos en tiempo real e históricos

La combinación de datos en tiempo real e históricos que se consigue con un sistema IO-Link, además de simplificar la resolución de problemas cuando surge un inconveniente, también facilita la optimización de los programas de mantenimiento de máquinas, ahorrando costos y aumentando la eficiencia a largo plazo.

 

Cambios sobre la marcha 

Los parámetros de los dispositivos instalados pueden ser ajustados rápidamente mientras la máquina está funcionando. Por ejemplo, piense en un regulador de presión que controla la fuerza que un cilindro neumático aplica a un producto. Si el siguiente producto requiere una fuerza diferente, los usuarios podrán reconfigurar los setpoints de presión del regulador sobre la marcha y no interrumpir la producción. Esto difiere sustancialmente del proceso convencional bastante lento donde un operador de máquina resetea pulsadores o tornillos de ajuste. La capacidad del controlador de cambiar de manera rápida y remota los ajustes de los dispositivos es una característica clave de IIoT, ya que minimiza el tiempo de transición de un tipo de operación a otra y le brinda a la máquina una mayor flexibilidad para manejar una gama más amplia de productos y lotes de producción, llegando a fabricar una sola pieza de algún producto (Lote 1).

 

IO-Link ahorra tiempo, optimiza espacio y recorta costos.

 

Reemplazo sencillo de dispositivos

Además de la posibilidad de ajustar remotamente el sensor, la capacidad de almacenamiento de datos de IO-Link también permite una reasignación automática de parámetros en caso de reemplazo de dispositivos; esta funcionalidad se conoce también como ADR (Auto-Device Replacement). De esta forma, los usuarios podrán importar valores de parámetros de los sensores existentes en el sensor de reemplazo para simplificar el reemplazo, con lo que el nuevo dispositivo estará operando lo más rápidamente posible.

 

Menores costos de repuestos

Gracias a las capacidades de configuración de IO-Link, un dispositivo puede ser configurado para ofrecer distintas funciones de salida. 

  

Conclusión

Todas estas ventajas, que se suman a la independencia de proveedor e interoperabilidad, hacen que IO-Link sea una herramienta importante a la hora de implementar Industrie 4.0 e IIoT.

 

Preparado en base a material suministrado por Turck. Representante en la Argentina: Aumecon S.A.

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