A la hora de analizar por qué la producción de una planta de procesos se detuvo repentina e inesperadamente, muchos descubrirán que no ‘se ataron cabos’ y que se pasó por alto el verdadero alcance de un cierto inconveniente.

El proceso se paró en medio de la operación por una falla de un equipo que debería haberse anticipado y solucionado antes de fallar por completo, pero nadie pudo ‘atar los cabos’ y reconocer los indicios de un problema en desarrollo. Los datos de diagnóstico de los dispositivos estaban disponibles pero permanecían perdidos en los archivos de registro del sistema de control donde los técnicos no tenían acceso.

Resolver situaciones similares requiere un sistema de gestión de dispositivos de campo donde sea posible reconocer qué activos necesitan atención y luego aportar información sobre cómo solucionar un problema en desarrollo antes de que la situación se convierta en una falla total, lo que quizás cause daños graves y costosos.

Este tipo de sistema puede recolectar y analizar grandes cantidades de datos provenientes de un gran número de dispositivos de campo inteligentes, lo que incluye analizadores de proceso e instrumentos, junto con otros dispositivos de control, tales como actuadores de válvulas y posicionadores. El sistema puede ‘atar los cabos’ automáticamente para garantizar una operación sin interrupciones y un uso más eficaz de los recursos de mantenimiento.

 

Automatizar la última frontera manual: Gestión de activos de planta
Figura 1. Un técnico puede evaluar los instrumentos uno por uno, pero esta forma manual de hacerlo no sirve si hay un gran número de dispositivos de campo.

 

Monitoreo manual versus automatizado

Los técnicos equipados con comunicadores de campo adecuados (Figura 1) pueden diagnosticar la condición de un caudalímetro o de un transmisor de presión, conectándose al instrumento individual y recorriendo quizás docenas de variables y configuraciones. Si la persona detecta un problema en desarrollo al reconocer algo que se sale de su rango normal o al ver un mensaje de alerta, podría iniciar una acción correctiva.

Desafortunadamente, tales técnicos son raros en la industria de procesos, por lo que la probabilidad de que se disponga de uno de estos técnicos en el lugar correcto y en el momento adecuado es muy baja. La información crítica está disponible desde el instrumento, pero nadie está allí para verla y ocurre la falla.

Imagínese la siguiente pregunta al gerente de producción de una unidad de una planta petroquímica: “¿Para qué sirven todos estos equipos de un sistema de control automatizado que trabajan con todos esos dispositivos electrónicos de campo?¿No sería mejor operar la planta en forma manual?"

Esta pregunta quizás no tenga sentido. Indudablemente, las respuestas pasarían por temas como la enorme cantidad de personas que se requeriría para realizar tareas manuales repetitivas y tediosas, a diferencia de la eficiencia y eficacia de un sistema de control distribuido (DCS) bien diseñado. Surgiría entonces una pregunta posiblemente aún más difícil de responder: “¿Por qué entonces gran parte del monitoreo de la salud de los activos sigue siendo manual?¿No debería estar también automatizado?"

 

Automatizar la última frontera manual: Gestión de activos de planta
Figura 2. La medición primaria capturada por un instrumento de campo inteligente representa cerca de un 3% de los datos que genera. El restante 97% puede servir para gestión de la salud de activos y otros usos.

 

Capacidades de monitoreo de la salud de activos

Los dispositivos sofisticados de campo de hoy en día pueden aportar enormes cantidades de datos. Se estima que la variable primaria básica representa tan sólo el 3% de los datos que se originan en un instrumento o un analizador. Entonces, ¿qué representa el restante 97%? (Figura 2)

Lógicamente que la respuesta depende del tipo de instrumento… Un transmisor de presión diferencial produce una información diferente a la de un caudalímetro Coriolis o un actuador de válvula inteligente, pero en general incluye:

  • Diagnósticos – Indicadores discretos y continuos correspondientes a estados problemáticos internos y fallas aleatorias del sensor y de los componentes electrónicos. Se los puede indicar de varias maneras, incluyendo alertas y alarmas. El historial de calibración del dispositivo también reside aquí.
  • Monitoreo – Indicadores  continuos de activos y procesos, tales como ruido de proceso, que pueden indicar cambios externos a la función principal de un instrumento.
  • Sensado soft – Variables secundarias, terciarias e incluso adicionales. Todo esto puede funcionar individualmente o en conjunto con otros instrumentos para aproximar mediciones de proceso no mensurables directamente.

Una solución eficaz de gestión de activos de planta se encarga de recolectar los datos adicionales y desbloquear su potencial. Cuando se la implementa correctamente, mejora la disponibilidad y la eficacia de una planta mientras reduce el riesgo de una interrupción de la producción y el tiempo de mantenimiento. Los beneficios más importantes incluyen:

  • Análisis de datos que ayuda en el mantenimiento preventivo directo ahorrando tiempo, especialmente en dispositivos con elevados requerimientos de mantenimiento;
  • Una resolución más rápida de problemas, eliminando la necesidad de chequear instrumentos individualmente;
  • Un uso más eficaz del tiempo del personal técnico, que puede chequear el estado de los instrumentos antes de realizar reparaciones;
  • Datos recolectados y desplegados en tableros de control para visualizar el desempeño en tiempo real y también capturados en historiales para su posterior análisis.

 

Implementación

Un sistema de monitoreo de la salud de activos funciona en paralelo con el DCS de mayor tamaño. Recolecta datos de diagnóstico, monitoreo y sensado soft de todos los instrumentos de campo inteligentes y otros dispositivos inteligentes utilizando un protocolo de comunicaciones digital, por ejemplo HART o PROFIBUS PA.

Es falso suponer que se requiere una actualización completa del DCS para integrar un nuevo sistema de monitoreo de salud de activos. Muchos DCSs existentes pueden interactuar directamente con dispositivos inteligentes, pero cuando el sistema existente no tiene la capacidad de comunicación necesaria, la recolección de datos se puede realizar fuera del DCS. De cualquier forma, el monitoreo de la salud no depende del DCS para llevar a cabo sus funciones primarias.

Por supuesto que disponer de los medios para recolectar datos es sólo un primer paso.

El sistema de monitoreo de la salud de activos debe entregar un conjunto básico de funciones:

  • Comunicaciones digitales a dispositivos de campo;
  • Monitoreo y registro continuos del estado de salud de dispositivos inteligentes;
  • Presentación de datos de estado adecuados para distintos tipos de usuarios;
  • Análisis de la base instalada para definir los dispositivos más críticos;
  • Autochequeo y verificación del desempeño integrados en los dispositivos para extender los intervalos de calibración.

La manera en que un sistema implementa estas funciones es lo que define las distintas opciones y permite que una planta pueda personalizar su solución.

Una alternativa es alojarlo por completo in situ utilizando servidores de la planta para todas las funciones de procesamiento y almacenamiento de datos. Si es necesario, es sencillo conocer el estado de la salud del dispositivo a través del DCS utilizando una arquitectura cliente/servidor capaz de proveer las funciones mencionadas. Tales sistemas son modulares y altamente escalables para responder a las necesidades de un determinado sitio, además de soportar una adopción incremental.

 

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Figura 3. NAMUR NE107 ha estandarizado la presentación de la información relacionada con la condición de los dispositivos de modo que los operadores no tengan que interpretar mensajes crípticos para determinar qué está mal.

 

Puesto que las funciones básicas tienden a ser similares sin importar el tipo o el tamaño de planta, es posible pre-diseñar gran parte de la funcionalidad para minimizar el tiempo y el costo de integración del usuario final. Esto incluye estaciones de trabajo estándar y clientes móviles. Las funciones más avanzadas de los sistemas in situ pueden incluir:

  • Soporte centralizado de la base de datos para múltiples redes;
  • Visualización web en vivo del estado de los dispositivos de campo;
  • Eventos de diagnóstico almacenados en una base de datos de fácil acceso;
  • Análisis del historial de notificaciones de los dispositivos de campo para optimizar las actividades de mantenimiento;
  • Acceso paralelo desde la estación central vía computadora o tableta;
  • Uso de categorización estándar NAMUR NE107 (Figura 3) de diagnósticos y gráficos;
  • Monitoreo y registro continuos del estado de salud de la instrumentación con un fácil acceso;
  • Accesibilidad a instrucciones de causa y soluciones para técnicos de mantenimiento.

 

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Figura 4. Los sistemas basados en la nube pueden aliviar la carga de hosting de la plataforma y soportar monitoreo de la salud de activos como un servicio, por ejemplo Netilion Health de Endress+Hauser.

 

Mayores capacidades

Las capacidades mencionadas hasta ahora deberían ser parte integral de cualquier sistema de gestión de la salud de activos. Son las herramientas más básicas de monitoreo de la salud de activos, pero aun así pondrá a una planta muy por delante de los chequeos manuales esporádicos. Hoy en día van surgiendo muchas nuevas capacidades a partir de IIoT y transformación digital que impulsarán importantes avances aprovechando las nuevas opciones en redes y comunicación.

Una de las primeras diferencias es el lugar dónde reside el sistema. Ahora ya no hay necesidad de que una planta mantenga este tipo de sistema en sus propios servidores. Los sistemas basados en la nube (Figura 4) son una realidad y albergan una gran variedad de aplicaciones sofisticadas, incluyendo monitoreo de la salud de activos.

Cada vez más plantas están adoptando este concepto basado en la nube para transferir el mantenimiento y el soporte informático a un tercero. De esta forma, la planta puede concentrarse en optimizar la producción y los procesos y no en los servicios informáticos. Cuando el sistema se traslada a la nube, toda la implementación puede ser una solución como servicio, incluida la configuración inicial.

 

Automatizar la última frontera manual: Gestión de activos de planta
Figura 5. Transmisor de nivel por radar Micropilot FWR30 de Endress+Hauser con tarjeta SIM integrada.

 

Uso de tecnologías de redes

Durante décadas, el protocolo HART ha sido la herramienta principal para enviar datos de diagnóstico de dispositivos y sigue siendo el protocolo líder en la actualidad. Si bien ha habido muchas mejoras, su velocidad y ancho de banda permanecen limitados, en particular a la hora de actualizar  E/Ss cableadas ya existentes a una solución HART. WirelessHART, ya sea con un instrumento wireless nativo o un instrumento HART convencional actualizado, ofrece algunas mejoras, mientras protocolos de conexión en red más recientes, tales como PROFIBUS PA, han ampliado la gama de opciones y ofrecen una mejor prestación.

Los protocolos de conexión en red que se usan en implementaciones IIoT de mayor tamaño pueden mejorar la comunicación y ofrecen una gama más amplia de opciones en instalaciones.

Por su parte, los protocolos Modbus y Bluetooth en los dispositivos de borde facilitan la interconexión con las nuevas tecnologías de instrumentación. Muchos de estos dispositivos de borde están configurados para sistemas GSM y redes wireless LTE, aportando flexibilidad adicional a la hora de enviar datos a la nube.

Igual de interesante es el potencial de los dispositivos de campo inteligentes de estar preparados nativamente para la nube. Estos dispositivos incorporan su propia tarjeta SIM (Figura 5), lo que les permite enviar las variables de proceso y los datos de diagnóstico directamente al hub IIoT. Por ejemplo, el transmisor de nivel por radar Micropilot FWR30 de Endress+Hauser ofrece transmisión de datos medidos y eventos vía email y SMS usando un módem GSM/GPRS integrado y un transmisor alimentado por batería.

El resultado final es un ecosistema IIoT donde todos los datos, tanto de proceso como de diagnóstico, serán parte de un sistema completamente integrado. Producción de planta, mantenimiento e incluso gestión de empresa podrán acceder a las áreas apropiadas para recolectar y analizar datos en tiempo real a fin de mejorar el proceso, la confiabilidad y la rentabilidad.

 

‘Atar los cabos sueltos’

Por más importantes que sean estas nuevas tecnologías, también es clave tener en cuenta las necesidades de una planta determinada y concentrarse en los beneficios generales que pueden aportar la gestión de la salud de activos y otras herramientas:

  • Reducción de fallas inesperadas e interrupciones de proceso;
  • Visualización en vivo del estado de los activos con fácil acceso, lo que ahorra tiempo en el mantenimiento de rutina;
  • Reducción de complejidad para los operadores, ofreciendo una mayor productividad con menos entrenamiento y un menor número de herramientas;
  • Menos tiempo dedicado a rondas manuales y calibración.

 

Preparado en base a un documento técnico elaborado por Ben Myers, de Endress+Hauser.

A mediados del siglo XX, definir cuál era el mejor concepto de automatización no presentaba dudas: las soluciones neumáticas. Hoy en día, hay cinco tecnologías de igual trascendencia.

La historia de la automatización con sistemas neumáticos y eléctricos es interesante ya que revela dos caminos opuestos.

Inicialmente, la neumática básica experimentó un fuerte crecimiento en cuanto a funcionalidad tecnológica gracias a la servoneumática. La expansión promovida por posiciones intermedias y perfiles de recorrido abrió la puerta a un gran número de nuevas posibilidades para la neumática. Lo nuevo en estos casos fue consecuencia de tres factores: el desarrollo de válvulas proporcionales de lazo cerrado, nuevos sensores y el correspondiente procesamiento de datos. La neumática digitalizada es el desarrollo más reciente y se refiere a las apps que controlan el sistema mecánico.

Por su parte, la automatización eléctrica evolucionó inicialmente en los segmentos tecnológicos y de costo medios y altos.

Simplified Motion Series es la primera generación de sistemas desarrollados explícitamente para cumplir a la vez con los criterios de funcionalidad y bajo costo. A menos que existan limitaciones específicas, tales como protección contra explosión o clases IP, las soluciones eléctricas se pueden usar para todas las tareas de automatización.

 

1| Neumática: simple, robusta y de bajo costo

Las ventajas de los sistemas neumáticos aparecen a la hora de realizar tareas de retener, sujetar y prensar. Una vez concluida la operación, el sistema neumático ya no requiere más energía adicional en forma de aire comprimido. En cambio, los actuadores eléctricos están siempre energizados y, por lo tanto, consumen ininterrumpidamente corriente eléctrica.

Es por esta razón que la tecnología neumática, por ser simple y robusta para recorrido hasta posiciones finales, es utilizada en casi todas las tecnologías de automatización.

 La elección correcta de la tecnología de automatización

Características de la neumática

  • Especialmente adecuada para tareas de retener, sujetar y prensar;
  • Recorrido hasta posiciones finales;
  • Amplia gama de versiones: cilindros ISO, guías integradas, etc.
  • Gran variedad de aplicaciones: temperatura, resistencia a la corrosión y a sustancias químicas, seguridad de alimentos;
  • Tecnología robusta y sencilla, con bajos requerimientos de mantenimiento.

 

2| Servoneumática: posicionamiento económico de cargas pesadas

La servoneumática se caracteriza por un movimiento suave para piezas delicadas y libre posicionamiento, cambios rápidos de control de posición a control de fuerza y capacidad para transportar grandes cargas de hasta 300 kg.

Con servoneumática también se pueden definir perfiles de recorrido. De este modo se consigue incluir varios pasos en una sola estación aplicando secuencialmente distintos parámetros y herramientas a una pieza de trabajo.

La elección correcta de la tecnología de automatización 

 

Características de la servoneumática

  • Ideal para movimiento suave y libre posicionamiento de piezas de trabajo;
  • Excelente para aplicaciones con control de fuerza;
  • Cambio rápido de control de posición a control de fuerza;
  • Movimiento de cargas de hasta 300 kg en sentido horizontal o 100 kg en sentido vertical;
  • Carreras de hasta 2.000 mm.

 

3| Neumática digitalizada: el futuro de la neumática es digital

La neumática digitalizada es el más reciente desarrollo de la neumática. Se la controla utilizando Motion Apps, lo que pone fin a la era de productos accionados por hardware.

En términos de funcionalidad, es una solución que puede hacer exactamente lo mismo que la neumática convencional o la servoneumática. Sin embargo, en tareas complejas, lo hace con una cantidad considerablemente menor de componentes, ya que las apps controlan las piezoválvulas que se encargan de todas las funciones neumáticas y servoneumáticas.

Sus ventajas también se extienden a otras áreas, incluso con niveles de confiabilidad antes desconocidos. Ofrece ajustes absolutamente reproducibles e inviolables de configuraciones complejas con, por ejemplo, un gran número de actuadores operando en simultáneo. Ya no se necesita una regulación tediosa y prolongada de válvulas mecánicas de control de flujo, mientras el ajuste en rampa de las válvulas de control de flujo garantiza un recorrido virtualmente libre de vibración. Todo esto se traduce en tiempos de ciclo más rápidos y una mayor vida en servicio de los componentes utilizados.

 

Estandarización y flexibilidad no son incompatibles

La neumática digitalizada también conjuga dos importantes requerimientos que plantean muchos sistemas de producción modernos: a pesar de una extrema estandarización, debe haber un elevado nivel de versatilidad, por ejemplo en cambios de formato hasta llegar a un tamaño de lote de uno.

Los preajustes pueden quedar definidos en las apps y ahorran mucho tiempo de puesta a punto. Determinadas apps también hacen posible un mantenimiento predictivo. La condición de los componentes o sistemas puede ser monitoreada en el borde en la misma máquina, a nivel local en una computadora central o en la nube a través de un host.

La neumática digitalizada también puede, por ejemplo, compensar por fluctuaciones de presión dentro de ciertos parámetros definidos por el usuario. Pero si el requerimiento de aire comprimido aumenta a causa de una suba importante en la fricción del cilindro, ese cilindro podrá ser reemplazado durante un momento que no haya producción, evitando la aparición de un mal funcionamiento.

 

Pronóstico: las tres tecnologías seguirán estando

Festo pronostica que la neumática digitalizada no reemplazará por completo la neumática convencional y la servoneumática. Esto sólo sucederá en aquellos casos donde valga la pena y las tareas en cuestión exijan una tecnología acorde.

Por ejemplo, si la tarea es un simple movimiento continuo entre A y B, la neumática convencional seguirá siendo el principal candidato. Pero si se deben transportar cargas pesadas, conseguir un movimiento suave y cambiar rápidamente de control de posición a control de fuerza, la respuesta siempre seguirá siendo la servoneumática.

La elección correcta de la tecnología de automatización 

 

Características de la neumática digitalizada

  • Funciones de válvula controladas por software vía Motion Apps: neumática y servoneumática;
  • Máxima estandarización combinada con máxima flexibilidad;
  • Numerosas funciones neumáticas en un solo hardware;
  • Gran precisión: funciones de autocorrección, por ejemplo mediante machine learning;
  • Muy elevada confiabilidad de proceso mediante monitoreo de condiciones y de proceso;
  • Cambios rápidos de formatos;
  • Posicionamiento libre con y sin planificación de movimiento.

 

4| Simplified Motion Series: simple, bajo costo, precisión

Es una tecnología eléctrica de accionamiento cuyos componentes ofrecen por primera vez soluciones eléctricas de accionamiento simples. Son de bajo costo y precisos para movimientos lineales o giratorios entre dos posiciones finales,  con una elevada confiabilidad de proceso gracias a un control de velocidad y fuerza bien definido y confiable. 

Se suman el protocolo IO-Link integrado que ofrece diagnósticos y una conexión Industria 4.0 a la nube. El comisionamiento se puede realizar sin software. A pesar de su diseño simple, puede incorporar conceptos modernos de comunicación y control.

 

Características de Simplified Motion Series

  • Adecuada para movimiento eléctrico simple hasta posiciones finales;
  • Comisionamiento sin software y sin necesidad de programación;
  • Elevada confiabilidad de proceso gracias a velocidad y respuesta dinámica claramente definidas;
  • E/Ss digitales e IO-Link integrados cómo estándar;
  • IO-Link para regulación flexible de fuerza y posicionamiento;
  • Actuadores eléctricos de válvula integrados e inteligentes.

 La elección correcta de la tecnología de automatización

 

5| Automatización eléctrica con servoaccionamientos tradicionales

Ofrece millones de combinaciones para movimientos multieje lineales o giratorios en configuraciones flexibles destinadas a tareas muy diversas, por ejemplo sistemas de tipo ‘tomar y colocar’ que alimentan y retiran envases de plástico durante termoformado, una operación con posiciones intermedias infinitamente variables. Al mismo tiempo se mueven de manera muy precisa, rápida y dinámica, aplicando una gran fuerza. También pueden realizar movimientos sincronizados a través de múltiples ejes o combinaciones utilizando robots cartesianos flexibles.

Dicho sea de paso: más de un 60% de las servo aplicaciones eléctricas son giratorias donde el sistema mecánico no es fijo. Los servoaccionamientos eléctricos demuestran una gran flexibilidad especialmente en procesos de torneado y enroscado.

 La elección correcta de la tecnología de automatización

 

Características de las soluciones con servoaccionamientos tradicionales

  • Para posiciones intermedias, velocidades precisas y movimientos mecánicos;
  • Buena confiabilidad de proceso con tiempos de ciclo garantizados;
  • Sistema mecánico con diseño de pórtico y vástago de pistón, con tensiones de 24 V a 415 V;
  • Combinaciones de servoaccionamiento y motor para movimientos multieje sincronizados;
  • Se pueden combinar accionamientos lineales con robots cartesianos dinámicos y flexibles;
  • Elevada flexibilidad en movimientos giratorios.

 

Conclusión

Cada una de estas tecnologías tiene sus ventajas y también sus desventajas. Muchas veces es posible combinar estas ventajas implementando sistemas con diferentes tecnologías.

 

Preparado en base a un documento técnico de Festo.

Seguridad en automatización industrial: ¿Especializada o mejor integrada?

La digitalización ofrece numerosas oportunidades, pero también plantea riesgos. Por ejemplo, la red de una fábrica puede estar sujeta a ataques no deseados, tales como acceso no autorizado, malware, operación incorrecta o mal funcionamiento. Para abordar estos riesgos, la ciberseguridad incluye medidas técnicas diseñadas para prevenir o al menos contener el daño.

Esencialmente, son métodos para limitar el acceso y proteger la integridad. Las medidas individuales se pueden complementar una con otra en cuanto a sus efectos.

 

Protección contra acceso no autorizado

Independientemente de si se debe prevenir un ataque dirigido o un uso indebido, la protección de acceso quizás sea el instrumento más importante de ciberseguridad. Comienza con la protección física contra un acceso no autorizado y continúa a nivel de comunicación. Si el atacante no consigue acceder a la red, el potencial de daño es claramente mucho menor.

 

Protección a nivel de red

Los firewalls son la primera línea de defensa para evitar una intrusión no autorizada vía los enlaces de comunicación. Los firewalls filtran las conexiones de comunicación por lo que sólo se pueden establecer las conexiones permitidas. Este filtrado puede estar integrado en un dispositivo o ser implementado mediante un componente de firewall dedicado en la red. Un firewall incorporado es ventajoso en términos de costo, pero es más vulnerable a un ataque, que depende de la calidad de implementación del sistema principal.

Si se van a utilizar muchos dispositivos diferentes con firewall integrado, es necesario administrar y mantener todas las variantes. Sin embargo, si el sistema principal es atacado con éxito, también puede resultar infiltrado el firewall. Además, la configuración de alta calidad de un firewall requiere su conocimiento propio, que no siempre está disponible.

Un firewall dedicado como dispositivo externo requiere una inversión específica, pero permite una selección independiente de los otros componentes de automatización. Además, se puede realizar una administración central. El dispositivo de seguridad independiente  se muestra robusto frente a puntos débiles en los demás componentes de automatización. Acepta parches y actualizaciones sin afectar el funcionamiento del sistema en general. En caso de una sobrecarga de la red, el firewall aporta protección ya que, por sí mismo, puede asumir la carga y blindar así a los componentes de automatización ubicados detrás de él.

 

Protección de conexiones remotas

Las conexiones remotas a través de la Internet deben estar siempre encriptadas, por ejemplo vía VPN. Los protocolos utilizados con este fin por lo general no sólo protegen contra interceptación y escucha de información, sino que también contienen mecanismos para proteger contra manipulación.

En cuanto a su implementación, también es cierto que la integración a través de software o como función ya incorporada ofrece ventajas de costo, mientras su ejecución como componente dedicado tiene un efecto positivo en la calidad de implementación y administración. Es por eso que conviene combinar las funciones de un gateway VPN y un firewall en numerosas soluciones.

 

Protección a nivel de usuario

Si la comunicación ha sido permitida por un firewall o es posible vía un acceso local, debería estar protegida por un inicio de sesión de usuario. La gestión del usuario puede tener lugar localmente, pero luego es difícil de administrar. Los sistemas centrales de gestión resultan más prácticos.

Si el sistema de automatización no soporta control de acceso, podría servir un firewall dedicado. Este firewall sólo permitirá conexiones predefinidas si el usuario ya había iniciado sesión en el firewall.

 

Protección contra malware

La mayoría de los daños son causados por un malware cuyo efecto dañino sólo ocurre cuando es ejecutado. Para evitar que el malware se implemente, se dispone de un software antivirus como producto de seguridad clásico pero cuya calidad depende de la tasa de detección y de actualizaciones periódicas. Además, las exigencias en cuanto a poder computacional y las detecciones de errores observadas ocasionalmente llevan a fallas en las aplicaciones de automatización.

Es mejor en estos casos usar soluciones que evitan directamente la ejecución de un software desconocido, o sea listas blancas, como así también componentes de automatización con protección de integridad incorporada. Un elemento esencial es un parche seguro y un proceso de actualización que sólo permite la instalación de software o firmware original.

 

Conclusión

La comparación entre funciones de seguridad integradas y productos de seguridad especializados muestra claramente que ambos conceptos tienen sus puntos fuertes y, en el mejor de los casos, deberían complementarse entre sí. Las funciones incorporadas resultan especialmente útiles si, por ejemplo, toda la aplicación es operada por una sola unidad de control, que también se utiliza para conectarse a la Internet.

Los sistemas más complejos, que constan de varios dispositivos, están mejor conectados mediante firewalls especializados y gateways VPN. El uso simultáneo de las funciones de seguridad integradas en los componentes puede aumentar aún más el nivel de seguridad.

 

Preparado en base a una presentación del Dr.-Ing. Lutz Jänicke, de Phoenix Contact.

La automatización en las industrias de procesos ha recorrido un largo camino en un período de tiempo relativamente corto. Cien años atrás, el operador humano era el principal operador del proceso, utilizando indicadores locales rudimentarios más sus propios sentidos para saber cuándo tocar una válvula aquí o allá a fin de mantener el proceso en línea. Los controladores neumáticos se encontraban en su infancia y la sintonía de lazos era más un arte que una ciencia.

En los años subsiguientes, las industrias de procesos se beneficiaron considerablemente de la automatización electrónica y luego digital. Tsuyoshi Abe, vicepresidente de Yokogawa Electric Corp., señala que “las industrias de procesos se beneficiarán aún más al pasar de una mera automatización a operaciones cada vez más autónomas”.

La autonomía difiere de la automatización en muchos aspectos. En primer lugar, la definición de autonomía industrial es tener activos y operaciones de planta con capacidades de aprendizaje y adaptivas capaces de brindar una respuesta con una mínima interacción humana, empoderando a los operadores para realizar tareas de optimización de mayor nivel. De esta forma, las plantas podrán operar, aprender, adaptarse y prosperar en el entorno de mañana.

La automatización implica una secuencia de tareas preprogramadas altamente estructuradas, cada una de las cuales requiere supervisión humana con la posibilidad de intervenir. Por ejemplo, un operador podría ser responsable de poner en marcha una unidad de forma segura o iniciar un cambio de una materia prima a otra.

La autonomía va más allá de la automatización ya que agrega capas de sensado inteligente y cognición de máquina para anticipar y responder a circunstancias imprevistas, eliminando en definitiva la necesidad de una intervención humana. En una operación completamente autónoma, el sistema es responsable de todos los aspectos de la operación, desde puesta en marcha hasta un apagado seguro.

¿Qué impulsa a las industrias de procesos hacia una mayor autonomía en sus operaciones? Primero está el persistente rol del error humano como causa más común de accidentes industriales. Luego, para empeorar las cosas, los procesos industriales se han vuelto más complejos en los últimos años y el personal responsable de las operaciones se ha ido retirando y reemplazado por operadores menos experimentados. Al mismo tiempo, las empresas buscan mejorar la seguridad del operador y optimizar la calidad de producto y la eficiencia.

En consecuencia, para alcanzar todos estos objetivos, es necesario definir claramente los roles de los humanos y de las máquinas.

Muchas empresas apuntan a tener operaciones remotas no gestionadas, lo cual es particularmente cierto en instalaciones complejas, remotas y peligrosas. Por ejemplo, en una reciente encuesta en la industria de petróleo y gas, la respuesta fue unánime: “Necesitamos autonomía industrial, y necesitamos que sea más temprano que tarde". Está claro que la autonomía en la industria será algo inevitable a largo plazo…

Dentro de este contexto, los factores más importantes a abordar son el cambio necesario de cultura y mentalidad corporativa y disponer de recursos humanos con competencias de transformación digital.

También se requieren acciones para resolver todos estos temas en relación a empresas y sus empleados.

La transición de la automatización industrial a la autonomía industrial ya está en marcha, pero no ocurrirá de la noche a la mañana. En una reciente encuesta de Yokogawa entre usuarios finales de la industria de procesos, alrededor de un tercio de los encuestados señalaron que las operaciones primarias en sus plantas o instalaciones están en un nivel de madurez que se puede definir como automatizado, es decir, con la tecnología de operaciones a cargo de procesos seleccionados y personal humano que recibirá alertas en caso de que se necesite su intervención.

Lo interesante es que el número de quienes señalaron que ya se encontraban en un nivel semiautónomo no fue tan bajo. Con referencia a la figura, eso significa que ya estaríamos del lado alto de ‘automatizado’, ingresando en una etapa de ‘semiautónomo’. Pero hay importantes diferencias según industria.

Con el tiempo, la autonomía comenzará a impregnar las plantas de proceso en múltiples tareas, tales como operaciones de proceso, planificación y programación, operaciones de campo, mantenimiento e ingeniería.

En operaciones de campo, esto significa comenzar con bajos niveles de autonomía, donde las operaciones de campo son realizadas por humanos, hacia una autonomía de nivel medio, donde el sistema identifica y guía a los operadores en lo que tienen que hacer y provee instrucciones sobre cómo cumplir la tarea.

Rumbo a operaciones autónomas

Una mayor autonomía requiere convertir las tareas manuales en tareas totalmente automatizadas, donde la acción humana es requerida sólo por excepción.

No sólo los procesos de producción pueden ser autónomos, sino también funciones de mayor nivel. La autonomía podría ir más allá de los controles tradicionales y el foco en la eficiencia para incluir seguridad, confiabilidad, optimización de márgenes, cumplimiento, gestión de la cadena de suministro y otras operaciones y funciones de manufactura.

Hoy en día,  es evidente que COVID-19 ha cambiado la ecuación de lo que califica como operaciones seguras. Las plantas con bajos niveles de automatización están invirtiendo en automatización para conseguir un distanciamiento social seguro. Incluso en instalaciones altamente automatizadas, se invierte en herramientas de conectividad para conseguir operaciones remotas y colaboración a distancia. En todos estos casos, las organizaciones se van acercando al objetivo último de operaciones autónomas.

Afortunadamente, gran parte de la tecnología y los datos necesarios para ir hacia operaciones autónomas ya está disponible. Una gran porción de los datos proviene de sensores en la red de control, o se pueden obtener con sensores wireless.

También se dispone de varias tecnologías, tales como inteligencia artificial, para procesar los datos y sumar inteligencia. Si bien la inteligencia artificial podría ser clave para alcanzar altos niveles de autonomía, puede no ser necesaria en el caso de bajos niveles de autonomía. Para mayores niveles, se necesitará una arquitectura capaz de integrar todos los aspectos, tanto internos como externos.

Para ir más allá de la planta individual, se puede comenzar por la interacción autónoma de datos y recursos entre plantas separadas, lo que se denomina autonomía simbiótica. En un mundo que espera que las empresas evalúen sus operaciones desde el punto de vista de la sustentabilidad, este concepto ofrece múltiples beneficios a todos los intervinientes.

Este concepto de autonomía simbiótica apunta en definitiva a lo que propone el modelo de madurez IA2IA (Industrial Automation to Industrial Autonomy), conformando ecosistemas destinados al beneficio de todos: gente, empresas y el planeta. En definitiva, lograr un planeta más inteligente.

Preparado en base a una presentación de Tsuyoshi Abe, vicepresidente senior de Yokogawa Electric Corp.

SIMATIC S7-1200: 10 años de innovación contribuyendo al futuro de la automatización

El ritmo de cambio e innovación en las tecnologías de automatización actuales es asombroso. Hoy se conversa con los usuarios sobre tecnologías como inteligencia artificial, nube o edge computing, y blockchain– cuyas primeras aplicaciones van a surgir muy pronto.

Corren tiempos muy estimulantes en lo que atañe a tecnología, y tal vez por eso se siente bien de repente hacer una pausa y mirar para atrás cuando todo estaba comenzando. Y qué mejor ocasión cuando se cumplen 10 años del lanzamiento del PLC compacto SIMATIC S7-1200… Para Siemens fue el comienzo de una revolución en su portfolio de automatización.

SIMATIC S7-1200: 10 años de innovación contribuyendo al futuro de la automatización

Perfecta interacción entre el micro PLC, las pantallas HMI y la plataforma de ingeniería fue lo prometido al introducir el primer componente de la nueva plataforma Simatic en 2009. SIMATIC S7-1200 es muy versátil y compacto, combinando desempeño y modularidad para adaptarse a un amplio rango de aplicaciones.

Y junto con este nuevo PLC se presentó una nueva plataforma de ingeniería SIMATIC Step 7 Basic en TIA Portal. Con esta plataforma se puede desarrollar en forma integrada un sistema de HMI basado en pantallas y un programa de control del PLC, mejorando así el proceso de diseño e implementación del sistema de automatización.

Este esquema fue el concepto que llevó al siguiente gran paso: TIA Portal, que permite a sus usuarios implementar un proyecto de automatización entero, desde diseño, ingeniería y puesta en marcha, en una sola plataforma, con una base de datos común y única, conservando de esta manera la consistencia y la transparencia del proyecto y la planta.

Esta opción inteligente en automatización causó muchos debates intensos en la industria, como desa­tan generalmente todas las innovaciones. Y a pesar de las grandes expectativas en el nuevo PLC SIMATIC, hasta dónde se llegó hoy en día con sus funcionalidades. SIMATIC S7-1200 ha evolucionado hasta convertirse en uno de los controladores más versátiles de la historia, con módulos funcionales que resuelven tareas desde pesaje hasta control de movimiento, o aplicaciones de seguridad de máquina, medición y gestión de energía o procesamiento de vibraciones para monitoreo de condiciones.

Se lo puede encontrar resolviendo tareas tan diversas como el posicionamiento de paneles de energía solar según la posición del Sol o en máquinas que automatizan la producción de chocolate o en la fabricación de detergentes o químicos para el hogar.

SIMATIC S7-1200: 10 años de innovación contribuyendo al futuro de la automatización

Por su compacticidad y relación precio/beneficio, es la primera opción a elegir a la hora de diseñar un sistema de automatización típico.

Al mismo tiempo, TIA Portal es clave en la ingeniería de automatización para la empresa digital, con librerías inteligentes y poderosas y herramientas de integración digital, ingeniería integrada y operación transparente, todo lo cual respalda a las empresas en su camino hacia Industria 4.0.

Ser parte del ‘Zeitgeist’ (espíritu del momento, en alemán) ha sido siempre una de las características destacadas del portfolio de automatización de Siemens y de los controladores SIMATIC en particular. Mucho antes de que pensáramos seriamente en usar inteligencia artificial o edge computing para automatización industrial, las soluciones siempre ofrecieron interfaces abiertas, capacidad de conexión a redes e integración de datos, funcionalidades que demanda realmente Industria 4.0.

SIMATIC S7-1200: 10 años de innovación contribuyendo al futuro de la automatización

En el futuro se verán soluciones para realizar la ingeniería en la misma nube e integrar métodos y tecnologías avanzadas en automatización. La próxima ola de innovaciones incluirá automatización inteligente para aprovechar los beneficios de la realidad aumentada, la inteligencia artificial y los dispositivos de borde (edge devices), todo lo cual va a transformar la producción de maneras al día de hoy inimaginables.

 

Preparado por Ralf M. Franke (Siemens CEO Factory Automation h.2020) con traducción y adaptación de Andrés Gorenberg, Siemens Argentina.

La automatización inteligente hacia la hiperautomatización

 

Un nuevo término está provocando mucho revuelo en el mundo de la automatización. La consultora Gartner lo calificó como la más importante de las 10 principales tendencias tecnológicas estratégicas para 2020.

Este término es ‘hiperautomatización’ y más de uno se podrá preguntar si es para tanto. La respuesta es un rotundo ‘sí’.

Gartner define la hiperautomatización como “la aplicación de tecnologías avanzadas, incluyendo inteligencia artificial (IA) y machine learning (ML), para automatizar cada vez más los procesos y mejorar a los humanos. La hiperautomatización se extiende gracias a la posibilidad de automatizar herramientas, pero también se refiere a la sofisticación de la automatización (o sea descubrir, analizar, diseñar, automatizar, medir, monitorear, reevaluar)".

Hoy en día, la irrupción digital hace que muchas organizaciones sientan la presión de tener que innovar para agilizar sus operaciones internas y experiencias de cara al usuario. La hiperautomatización aporta la velocidad y la agilidad necesarias para conseguirlo.

Para comprender la hiperautomatización, un buen lugar por donde comenzar es la automatización inteligente. Una plataforma de automatización inteligente no tiene rival en cuanto a capacidad de hiperautomatizar procesos, mejorar la satisfacción de los empleados, ampliar el cumplimiento e impulsar la eficiencia operativa.

 

Hiperautomatización rápida con automatización inteligente

La hiperautomatización requiere implementar una combinación exacta de las tecnologías adecuadas, en el orden correcto y en el momento oportuno. Una plataforma de automatización inteligente puede aportar a las organizaciones las herramientas necesarias para impulsar la transformación digital, identificando rápidamente e implementarndo inteligencia artificial y otras tecnologías avanzadas en pos del máximo beneficio de negocio.

Una plataforma de automatización inteligente sigue una metodología que catapulta a las organizaciones a un estado de hiperautomatización mediante:

  • Exploración del proceso – Las organizaciones pueden usar automatización inteligente para analizar fácilmente patrones y tareas, y luego identificar rápidamente oportunidades de automatización. Los negocios también pueden descubrir potenciales desafíos a la hora de cumplir con regulaciones o normativas y solucionarlos prontamente.
  • Orquestación del flujo de trabajo digital – Construir y correr flujos de trabajo digitales automatizados centralmente en colaboración con aplicaciones y operadores humanos existentes. Orquestar múltiples personas, acciones, robots de software, políticas y sistemas permite a las organizaciones analizar, medir y optimizar las actividades de negocio.
  • Automatización robótica de procesos – La automatización inteligente lleva la automatización robótica de procesos más allá de los procesos basados en tareas a fin de soportar flujos de trabajo más complejos y de larga duración. Los negocios pueden automatizar de manera confiable y eficiente tareas manuales repetitivas en toda la empresa, incluso a través de interfaces web y apps de negocio. Las capacidades integradas de automatización ‘inteligente’, tales como captura cognitiva, orquestación de proceso y analítica, permiten a los operadores humanos concentrarse en tareas que requieren un pensamiento más crítico y que ofrecen más valor a negocios y usuarios.
  • Inteligencia artificial y machine learning – Se pueden aprovechar las tecnologías avanzadas de automatización para comprender, clasificar y extraer datos, incluyendo voz, texto, chat e imágenes. Por su parte, la inteligencia artificial permite reconocer automáticamente personas y documentos, y también comprender el contenido y el contexto de las comunicaciones. De esta forma, las organizaciones podrán tomar decisiones de negocio mucho más elaboradas. El procesamiento del lenguaje natural, la extracción de entidades y el análisis de sentimientos brindarán una mayor comprensión de las comunicaciones con los usuarios en todos los canales. El machine learning mejora la exactitud de las tareas de identificación, clasificación y separación de documentos que se realizan como parte de la captura cognitiva y la automatización robótica de procesos.
  • Gestión de la fuerza de trabajo digital – Una plataforma de automatización inteligente aporta la capacidad de gobernar una creciente fuerza de trabajo digital, lo que incluye robots de software que mejoran la seguridad, el cumplimiento, la escalabilidad y la auditabilidad. Las organizaciones también podrán aumentar la capacidad de trabajo sin necesidad de agregar personal. La automatización de los procesos financieros y regulatorios mejora la transparencia y el cumplimiento.
  • Analítica avanzada – Con analítica, los negocios pueden medir el impacto de la automatización inteligente en toda la empresa y calcular el retorno de la inversión. Un mejor nivel de visibilidad, inteligencia de proceso y conocimiento de usuarios, empleados y socios de negocio le aporta a la gerencia las herramientas y la información que necesita para adaptarse a las condiciones cambiantes del mercado y a las expectativas del usuario.

 

Beneficios de la hiperautomatización

Los beneficios mensurables de la hiperautomatización se podrán ver en todo el negocio:

  • Costos reducidos – La automatización inteligente de los procesos de negocio y de los flujos de trabajo reduce el tiempo y los recursos necesarios para completar las tareas manuales y recorta la cantidad de errores.
  • Escalabilidad – La hiperautomatización transforma una tarea manual o compleja en un proceso altamente confiable y repetible. Un ecosistema colaborativo de tecnologías complementarias y personas trabajando juntos genera resultados exponencialmente mejores en toda la empresa.
  • Mejor experiencia del usuario – La hiperautomatización permite a las organizaciones ofrecer una experiencia de usuario más personalizada y responder más rápidamente a sus cuestiones y necesidades. El resultado es un mayor nivel de satisfacción, lealtad e ingresos.
  • Excelencia operacional – Una fuerza de trabajo eficiente que combina correctamente operadores humanos y digitales se traduce en una organización flexible y ágil que puede responder de manera rápida y adecuada a las condiciones cambiantes del mercado. Los aumentos de productividad y el foco de los operadores humanos en tareas de mayor valor les brindan a los negocios una ventaja competitiva. Un mejor cumplimiento y transparencia posiciona el negocio para responder prontamente a cualquier problema potencial.
  • Mejor experiencia de los empleados – Los operadores humanos, en lugar de realizar las mismas tareas día tras día, podrán concentrarse en proyectos que agregan valor a la organización y pueden dedicar más tiempo a mejorar la experiencia del usuario. Los operadores obtienen más satisfacción de sus tareas cuando perciben el valor agregado que aportan.

 

Conclusión

La gerencia que desea promover la innovación y transformar los procesos de negocio deberá incursionar en hiperautomatización. Para lograrlo, tendrá que recurrir a una plataforma de automatización inteligente habilitada por inteligencia artificial con capacidades integradas, de modo que pueda trabajar en el día de hoy como lo hará mañana.

 

Preparado en base a una presentación de Tyler Suss, director de Kofax.

El Modelo Purdue ofrece una estructura jerárquica para las comunicaciones industriales, apuntando a conseguir redes determinísticas. Pero en la era de IoT, el flujo de datos ya no es jerárquico. ¿Qué modelo debería usar ahora la industria?

 

Modelo Purdue con una plataforma industrial de computación de borde.

 

El bien conocido Modelo Purdue de CIM (Compu­ter Integrated Manufac­turing) se ha convertido en un estándar icónico en el mundo de la automatización por su arquitectura de sistemas de control. El Modelo Purdue aportó seguridad en la comunicación gracias a su separación en capas y a la definición de cómo las máquinas y los procesos deben funcionar e interactuar.

Fue aceptado rápidamente e incorporado en el estándar ISA-95, que define la interface entre empresa y sistemas de control, Los flujos de datos estipulados permiten que las redes se mantengan determinísticas, ya que garantizan que las redes de control no se verán abrumadas con datos que no son de producción.

En la era de IoT, el flujo de datos ya no es estrictamente jerárquico como está estipulado en el Modelo Purdue. A medida que se va agregando inteligencia a sensores y actuadores (Nivel 0 del Modelo Purdue) y controladores (Nivel 1 del Modelo Purdue), la posibilidad de que quede expuesto el sistema de control se produce mucho más abajo en la pirámide de lo que consideraba el Modelo Purdue.

Al crecer el uso de dispositivos de borde, se pueden recolectar enormes cantidades de datos en el Nivel 1, procesarlos y enviarlos directamente a la nube, dejando de lado la estructura jerárquica de los flujos de datos del Modelo Purdue.

En las arquitecturas modernas de control conectadas digitalmente, no hay una necesidad inherente de canalizar datos a través de las distintas capas del Modelo Purdue. Los datos de sensores son recolectados en el Nivel 0 y enviados a la nube para mantenimiento predictivo. Y enviar datos del Nivel 0 al Nivel 5 viola directamente los conceptos de segmentación del Modelo Purdue. Hoy en día, los datos pueden ser derivados desde muchas fuentes y prestar servicio a muchos clientes, abriendo vías cada vez más amplias de consumo.

Pero no hay que descartar el Modelo Purdue. Este modelo todavía responde a los requerimientos de segmentación tanto en redes wireless como cableadas y protege la red de tecnología operativa (OT) de un tráfico y un uso no garantizados. Estas son áreas clave que deben preservarse para asegurar un flujo continuo de producción y la seguridad de quienes operan los equipos del piso de planta.

Lo que hay que buscar es una solución híbrida que se integre en el Modelo Purdue para mantener la segmentación en las instancias tradicionales de flujos de datos de IT y OT, y también que ofrezca la flexibilidad necesaria en un momento en que las aplicaciones de IIoT son cada vez más frecuentes y los datos son menos jerárquicos y más horizontales.

Se llega a esta solución híbrida agregando una capa de software con una plataforma de computación de borde al Modelo Purdue. Esta capa permite adherir un proyecto de IIoT a cada nivel en el Modelo Purdue. La capa puede ubicarse en el Nivel 2 o en el Nivel 3 y aporta capacidad de recolección de datos de dispositivos OT ubicados en el Nivel 0, 1, 2 y 3, mientras facilita la recolección de datos de capas de IT en los Niveles 4 y 5. La ventaja está en que se pueden saltear las jerarquías tradicionales inherentes en el Modelo Purdue allí donde sea necesario (por ejemplo sensores que envían datos del Nivel 0 al Nivel 5), canalizando los datos a través de la plataforma para garantizar el control y la seguridad.

En cuanto al afuera del diagrama del nuevo modelo híbrido, los flujos de datos del Modelo Purdue tradicional seguirán asegurando la transmisión de datos en la red del piso de planta que no esté incluida y mantener la operación segura de los equipos del piso de planta.

 

Preparado en base a una presentación de Vatsal Shah, CEO of Litmus.

Gestión energética desde el sistema de automatización

Es muy común que muchas industrias tengan un gran consumo de energía y una producción automatizada. Los operadores que se desempeñan en lograr un control sustentable de los costos de energía con vista al futuro necesitan disponer en sus plantas de una tecnología de medición de energía integrada.

La automatización de la producción deberá incluir gestión de energía ya que es aquí donde se genera el mayor consumo. Al respecto, SIMATIC Energy Suite de Siemens es una opción integrada en TIA Portal que vincula la gestión de energía con la automatización, introduciendo transparencia energética en la producción. La configuración simplificada de los componentes de medición de energía en los sistemas de automatización reduce los costos de configuración e ingeniería.

La conexión integrada a un sistema superior de gestión, por ejemplo SIMATIC Energy Manager Pro, o al servicio en la nube Energy Analytics, facilita la integración de los datos de energía obtenidos en el sistema de gestión de energía de todo el sitio. Como resultado, se cumple con todos los requerimientos económicos y de gestión relacionados con energía, desde adquisición y planificación de energía hasta control de la misma.

La integración del sistema de gestión del consumo de energía con la plataforma de automatización ofrece importantes ventajas:

  • Generación automática de datos y variables para la gestión de energía;
  • Integración con la herramienta de ingeniería TIA Portal y centralización con el sistema de automatización.
  • Se reduce el trabajo de configuración.

SIMATIC Energy Suite integrado en TIA Portal ofrece:

  • Configuración fácil e intuitiva en lugar de programación;
  • Generación automática del programa de gestión de energía para el PLC;
  • Integración cómoda de componentes de medición de Siemens y terceros;
  • Integración al TIA Portal y al sistema de automatización;
  • Archivo de variables en el SCADA WinCC Professional o en el mismo PLC;
  • Conexión directa a sistemas superiores de gestión central.

La simplicidad de la neumática en el mundo de la automatización eléctrica

 

Si bien la neumática es la solución preferida en aplicaciones que implican movimientos simples, la tecnología se enfrenta cada vez más a un mundo digitalizado, donde se requiere información actualizada sobre el estado de los actuadores a fin de reducir tiempos de comisionamiento, lograr una producción de costo económico y lidiar con ciclos de vida más cortos de producto.

Además, aun cuando los actuadores neumáticos, en relación con el costo de inversión, sean la tecnología más atractiva, hay que tener en cuenta también su costo total de propiedad.

Los diagnósticos y Big Data requieren un flujo ininterrumpido de información desde la pieza de trabajo hasta el controlador y la nube. Y allí está el desafío de los sistemas neumáticos tradicionales, ya que el aire comprimido no puede transmitir datos. En consecuencia, no sorprende que los fabricantes de máquinas vean el movimiento eléctrico cada vez más como un complemento válido o incluso una alternativa a la neumática.

 

Movimientos simples

Entonces, ¿por qué no hay un traslado de lo neumático a lo eléctrico? Observando necesidades y tendencias, se podría esperar que la transformación fuera mucho más rápida de lo que es. La explicación podría estar en la nueva tecnología neumática, que ha evolucionado para responder ahora a nuevas demandas con una tecnología madura. Pero aún así, hay una explicación más obvia: la mayor parte del movimiento complejo de una máquina se resuelve ahora con actuadores eléctricos, mientras los movimientos simples se resuelven fácilmente con neumática.

Al respecto, los actuadores eléctricos existentes presentan ciertas deficiencias: siguen siendo demasiado costosos y demasiado complejos a la hora del comisionamiento. Comparando con un sistema neumático, que se puede poner en operación con una experticia moderada y un destornillador, los cilindros eléctricos, para que se muevan entre dos posiciones, necesitan más capacitación, experticia eléctrica y know-how de software. Festo resuelve esta necesidad de actuadores eléctricos simples con su Simplified Motion Series.

 

Instalación simplificada

El componente central de Simplified Motion Series, presentado recientemente, es un nuevo motor integrado con una unidad de accionamiento permanentemente adosada, que viene premontada en una gama de actuadores mecánicos y que habilita movimientos rotativos y lineales con una variedad de formatos en el actuador. Este concepto no sólo reduce espacio de instalación sino que también minimiza tiempo y costo de instalación en procesos de producción.

 

Perfiles de movimiento simplificados

El concepto de instalación mecánica en sí mismo no alcanza para cerrar la brecha con la neumática, ya que la característica decisiva es la funcionalidad. Por lo tanto, es imperativo reducir la complejidad del movimiento del actuador Simplified Motion Series para que constituya una buena alternativa.

Con un actuador neumático, un movimiento simple entre dos posiciones finales mecánicamente definidas se consigue con una parada dura o con amortiguación y no siempre es 100% reproducible en el tiempo del ciclo. En cambio, Simplified Motion Series ofrece una rampa fija de aceleración y desaceleración con una velocidad constante para conseguir un movimiento suavemente amortiguado y reproducible.

La neumática tiene la maravillosa funcionalidad de pasar de un movimiento dinámico a un modo de presión sin costo adicional. Con electricidad, esto se consigue sólo con mucha programación en los actuadores eléctricos tradicionales, pero se resuelve de una manera inteligente en los nuevos actuadores. Aquí, la distancia controlada por la velocidad puede ser acortada, transfiriéndola suavemente en presión y movimiento de fuerza controlada sin programación.

 

Operación y control simplificados

El concepto de simplicidad de la neumática con las ventajas de los actuadores eléctricos se extiende al elemento de control, donde combina un comisionamiento sin software con opciones avanzadas de control de actuadores simples, tales como Digital IO e IO-Link.

El motor está equipado con tan sólo dos conectores estándar y se basa en el principio de ‘plug and work’: sin software y sin necesidad de parametrizar.

La facilidad de uso se mantiene. Todos los ajustes se pueden configurar directamente en el motor utilizando 3 botones y un menú de LEDs fácil de entender, mientras el nivel de velocidad y el nivel de fuerza pueden ser configurados para las dos direcciones. Además, los botones permiten establecer la posición final de referencia y el punto de transferencia de velocidad a control de fuerza. Finalmente, todos los movimientos pueden ser testeados por medio de Demo-Mode directamente en el dispositivo, lo que permite que todos los ejes de una máquina sean comisionados por completo antes de que el operador abra su computadora portátil.

En su forma más simple, los actuadores son controlados mediante dos entradas digitales, igual que en una válvula neumática de 5/3 vías, lo que se traduce en una instalación de bajo costo. Utilizando dos salidas digitales, también es posible detectar si se han alcanzado las posiciones finales, algo parecido a un switch de cilindro pero sin costo adicional.

Una de las características más interesantes es la funcionalidad IO-Link integrada como estándar, llevando los actuadores eléctricos simples al mundo de Industria 4.0 y digitalización. Con IO-Link, todos los parámetros pueden ser ajustados en forma remota, copiados en múltiples accionamientos o utilizados como respaldo en caso de una avería del actuador. Además, muchos parámetros del proceso, tales como distancia recorrida y ciclos, pueden ser leídos fácilmente para ser utilizados en mantenimiento predictivo o enviados a la nube.

Con control IO-Link es posible detener un movimiento en una determinada posición en el medio de la carrera, evitando límites de carrera mecánicos como ocurre en neumática, lo que aumenta aún más la flexibilidad de Simplified Motion Series.

Todos estos nuevos actuadores contienen Digital IO e IO-Link, lo que permite aprovechar las ventajas de ambas opciones, tales como comisionamiento con IO-Link y control con Digital IO.

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

 

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

 

Preparado en base a un documento de Siemens.

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