Automatizar la última frontera manual: Gestión de activos de planta

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.

 

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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.

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