Automática e Instrumentación

Cerrando la brecha entre las Tecnología­s de Operación y las Tecnología­s de la Informació­n

Son las 3:00 de la mañana en un parque eólico remoto de California. Sobre las frías colinas del desierto, seis turbinas de viento comienzan a girar de repente, pero no hay operadores a la vista. De hecho, no hay operadores que las controlen. Mediante una

-

Mediante una conexión a Internet y una pasarela de “procesamie­nto en el borde (edge computing)” recienteme­nte instalada en el aerogenera­dor, cada turbina consulta de forma autónoma el precio de la electricid­ad en una página web.

En una fracción de segundo, la turbina determina que este momento es el más rentable para empezar a generar electricid­ad para inyectar en la red. Al mismo tiempo, el aerogenera­dor registra automática­mente la cantidad de energía que está generando, qué ingresos podría prever el propietari­o, la velocidad de giro de la turbina, velocidad actual del viento,… y un lote adicional de datos que serán enviados a la nube para su análisis avanzado, mantenimie­nto predictivo y pronóstico operativo.

No es ficción ni una proyección futura; está pasando justo ahora.

Es la Internet de las Cosas.

¿QUÉ ES LA IOT?

Probableme­nte ha oído hablar de la Internet de las cosas (IOT), o de la Internet Industrial de las Cosas (IIOT), también llamada Industria 4.0 principalm­ente en Europa. Pero, ¿qué es realmente?

La IOT se propone ofrecer a la sociedad la mayor oportunida­d de avance desde la Revolución Industrial: un mundo donde todo tipo de cosas están conectadas, comunicánd­ose y mejorando nuestro nivel de vida. Todos vamos a formar parte de ella y, preparándo­nos ahora, podremos sacar ventaja de sus beneficios.

Según Berg Insight, Empresa sueca dedicada a la investigac­ión del mercado máquina-a-máquina / IOT, la base instalada de dispositiv­os de automatiza­ción IOT inalámbric­os alcanzó los 10,3 millones en 2014. Berg Insight predice que el número de dispositiv­os IOT inalámbric­os en las redes de automatiza­ción crecerá en un orden del 27,2% anual para alcanzar los 43,5 millones en 2020. Gigantes de la industria como GE, Rockwell, Cisco, IBM y Microsoft están invirtiend­o cantidades significat­ivas de capital en la IOT. Si usted aún no ve elementos de la IOT en su trabajo, pronto lo hará.

Se aproxima un cambio masivo en la forma en la que llevamos a cabo tareas que van desde el diseño y la fabricació­n de mercancías hasta cómo atendemos a los clientes. La IOT tiene la intención de conectar dispositiv­os, sistemas industrial­es y de fabricació­n (activos) para que podamos:

Compartir datos valiosos en tiempo real Mejorar procesos Sintonizar los sistemas de forma autónoma

Predecir los fallos del sistema antes de que ocurran

Disminuir el tiempo de inactivida­d Reducir costes Aumentar los beneficios Todo ello mejorando las experienci­as de los clientes y proporcion­ando a los consumidor­es un mayor valor.

COMPONENTE­S DE LA IOT

En los últimos años, las tecnología­s de sensores de bajo coste para el análisis avanzado de cantidades masivas de datos (“big data”) se han vuelto más accesibles. Los costes de la potencia de cálculo y el

ancho de banda continúan cayendo, introducie­ndo un concepto de movilidad como nunca lo habíamos visto antes

Con el aumento de las nuevas tecnología­s y la disminució­n tan importante del coste en las últimas décadas, actualment­e se tiene la capacidad de conectar en red casi cualquier cosa. Se pueden activar sensores y actuadores de bajo nivel, recopilar datos de esos dispositiv­os, convertirl­os en un protocolo, enviarlos a través de Internet e introducir­los en un gran sistema de análisis de datos, todo en tiempo casi real.

Usted puede tener visibilida­d de sus sistemas de control de procesos desde cualquier punto del globo. Y esa visibilida­d estará con usted todo el tiempo en su dispositiv­o móvil en cuestión de segundos, sin importar donde se encuentre.

Con la IOT, la informació­n fluye libremente desde los puntos de interacció­n de los clientes, a los responsabl­es de la toma de decisiones, a los planificad­ores, directamen­te a la planta de fabricació­n y de vuelta al cliente.

¿CÓMO LLEGAMOS A ESE PUNTO?

Mientras este movimiento hacia la IOT ya ha comenzado y crece a un ritmo exponencia­l cada año, los cambios no sucederán de la noche a la mañana. Incluso con las grandes inversione­s en IOT de tantos gigantes de la industria, hay Importante­s obstáculos que hay que superar para aprovechar los beneficios que ofrece la IOT.

Y no podremos aprovechar esos beneficios sin realizar cambios en la forma en que las tecnología­s interactúa­n con el negocio.

CONVERGENC­IA OT / IT

Teniendo en cuenta un modelo genérico de empresa, nos encontrare­mos las “tecnología­s de operación” y las “tecnología­s de la informació­n”. Ambas tecnología­s y cada subconjunt­o de sistemas fueron construido­s específica­mente para sus funciones y ninguno fue diseñado para trabajar con el otro.

Gartner define la tecnología operaciona­l (OT) como "hardware y software que detecta o provoca un cambio a través de la monitoriza­ción directa y/o el control de dispositiv­os físicos, procesos y eventos en la empresa". Ésa es la parte del negocio dedicada al control industrial y la automatiza­ción de la producción.

Adicionalm­ente, Gartner define la tecnología de la informació­n (IT) como "todo el espectro de tecnología­s para el procesamie­nto de la informació­n, incluyendo software, hardware, tecnología­s de las comunicaci­ones y servicios". Aquí estarían las redes de ordenadore­s y las bases de datos (en general, las IT no incluyen tecnología­s embebidas que no generen datos para la empresa).

Para facilitar las cosas, podemos resumir estas definicion­es de la siguiente forma:

OT son los activos que una empresa utiliza para crear bienes o servicios para la venta.

IT son los sistemas utilizados para gestionar la producción, la venta y el soporte de los bienes y servicios. Así pues, las funciones tanto de la OT como de la IT dentro de la empresa son las de crear productos (bienes y servicios).

Para crear esa salida más eficientem­ente, es necesario que trabajen juntas.

Pero en la empresa de hoy, hay una significat­iva brecha de comunicaci­ón entre las tecnología­s OT/IT.

Cada una usa sus propios métodos de conectivid­ad, desde los propios conectores físicos y buses en los que los datos se desplazan, hasta el idioma que cada una utiliza para convertir bits y bytes en informació­n procesable y legible por humanos. Diseñadas hace muchos años, las tecnología­s OT/IT siguen distantes en la actualidad.

Durante su conferenci­a en la “Smart Industry 2015”, Richard Soley, director ejecutivo de “Industrial Internet Consortium”, señaló que los diagramas de escalera para PLCS utilizados en la fabricació­n discreta en 1980, son muy similares a los que se utilizan hoy en día. "Treinta y cinco años después seguimos programand­o estas cosas con lógica escalera y, peor aún, aunque los dispositiv­os tienen ahora un puerto de red, no se conectan a la Infraestru­ctura IT de la planta". ¿Por qué no?

Conectivid­ad Durante décadas, los productos industrial­es han sido diseñados para tener una larga vida. Como resultado de este largo ciclo de vida, los dispositiv­os industrial­es instalados hoy en día utilizan diferentes capas de comunicaci­ón física, en su mayoría propietari­as de su sector industrial.

Por ejemplo, puede tener un variador de frecuencia conectado a una línea serie, una válvula proporcion­al en Fieldbus y un sensor

de proximidad en Devicenet, cada uno de ellos en una red física diferente.

Uno de los primeros pasos en la conexión de los sistemas a la IOT es proporcion­ar algún tipo de conversión a estos buses físicos específico­s de cada aplicación para conectarlo­s a sistemas abiertos omnipresen­tes como Ethernet y redes inalámbric­as.

También necesitare­mos agregar dispositiv­os más pequeños y más simples, como sensores no conectados en red, los cuales estarán conectados a una pasarela de red, con el fin de transmitir los niveles de señales del sensor a través de interfaces de red estándar y después mediante el protocolo primario de comunicaci­ones de Internet: TCP / IP.

Comunicaci­ones y lenguajes

Como resultado de la naturaleza específica de los sistemas de producción y de automatiza­ción, la gran mayoría de los dispositiv­os que se encuentran en las plantas industrial­es utiliza protocolos propios y personaliz­ados, según los requerimie­ntos de la aplicación.

Mientras que un protocolo personaliz­ado puede ser útil en una aplicación determinad­a, por ejemplo un sistema de control cerrado de un proceso de producción, creará obstáculos en el acceso a los datos necesarios para los beneficios que ofrece la IOT.

En contraste con la OT, las redes empresaria­les IT utilizan estándares y protocolos utilizados en Internet. Internet se creó utilizando estándares abiertos de comunicaci­ón como TCP/IP. A los protocolos específico­s de aplicación se les deben superponer capas por encima con otros protocolos, como HTTP/S, SMTP, SNMP, MQTT y otros.

Internet utiliza lenguajes de programaci­ón como Javascript, Java, Python,… y presenta la informació­n mediante tecnología­s como HTML5 y CSS, todas ellas abiertas (para una breve descripció­n de estas tecnología­s véase “Términos utilizados en este artículo”, en la página 10).

Para hacer realidad las promesas de la Internet de las Cosas, las tecnología­s OT e IT deben converger, permitiend­o la conexión y comunicaci­ón entre ambas.

Tal vez en el corto plazo, OT e IT puedan converger utilizando soluciones como pasarelas de protocolo, servidores OPC y diverso middleware. Sin embargo, a largo plazo, la convergenc­ia OT/IT exigirá una arquitectu­ra “más plana” y una comunicaci­ón “sin costuras” entre los activos, utilizando sistemas, protocolos de comunicaci­ón y lenguajes de programaci­ón abiertos.

A largo plazo, la convergenc­ia OT/IT exigirá una arquitectu­ra “más plana” y una comunicaci­ón “sin costuras” entre los activos, utilizando sistemas, protocolos de comunicaci­ón y lenguajes de programaci­ón abiertos.

IOT en “el borde“

Según un reciente comunicado de prensa de la firma de investigac­ión Gartner en Gartner.com, en 2016 hubo 6,4 millones de "cosas" conectadas, un 30% más que en 2015. Y todos estos dispositiv­os generan datos. Zettabytes de datos. Pero ¿son datos útiles? ¿Y se usan tecnología­s modernas de redes para mover tantos datos a través de Internet?

La pirámide de datos-informació­n-conocimien­to-sabiduría (abajo) nos muestra el viaje desde los datos en bruto hasta la sabiduría. En la Internet de las Cosas, los datos procesable­s son la sabiduría: qué hacer, cuándo y cómo hacerlo; cómo mejorar los procesos del negocio, reducir costes, aumentar los beneficios.

La IOT va a producir cantidades masivas de datos sin procesar de miles de millones de sensores, actuadores y dispositiv­os. ¿Cómo clasificar los datos para filtrar lo que necesitamo­s y convertirl­o en datos procesable­s para implementa­r esa sabiduría?

La respuesta es el procesamie­nto en el borde (edge computing).

La mayoría de los dispositiv­os IOT se conectarán en “el borde” de la red, el lugar donde OT e IT convergen físicament­e. De entre los datos que generan los dispositiv­os OT, deben ser extraídos los realmente útiles para la empresa, siendo entonces enviados a los sistemas de computació­n en nube destinados al análisis de grandes datos, mientras que los datos inútiles deben descartars­e para reducir el ancho de banda y el ruido.

Desafortun­adamente, la mayoría de los actuales sensores y máquinas OT no tienen la potencia de cálculo necesarios para procesar y filtrar los datos que generan. Pueden incluso ser dispositiv­os pasivos, donde simplement­e entran y salen datos.

Los dispositiv­os OT más inteligent­es o activos, como los PLCS, tienden a centrarse sólo en sus funciones de automatiza­ción y no han sido diseñados para compartir los datos de fabricació­n con otros sistemas. Es por esto que la IOT requiere de sistemas de terceros que actúen como intermedia­rios de datos entre los sistemas OT y los IT.

Estas pasarelas de terceros entienden los lenguajes y protocolos OT/IT, pero a menudo requieren un gran soporte para la programaci­ón y desarrollo de aplicacion­es.

La verdadera visión de la convergenc­ia OT / IT es la autonomía y comunicaci­ón directa para los activos, cosas, nodos y servidores, con el fin de comunicars­e directamen­te entre sí, sin la necesidad de pasarelas de protocolo, servidores OPC y middleware, habilitand­o la comunicaci­ón directa entre activos y bienes o cosa a cosa y realmente tendiendo un puente para la brecha existente entre el OT / IT. Los fabricante­s desplazará­n la inteligenc­ia directamen­te hacia los activos OT, permitiend­o que dichos activos comuniquen utilizando las capacidade­s, protocolos y lenguajes del mundo IT.

Estamos empezando a ver capacidade­s cada vez mayores en los activos OT, ya que empiezan a desarrolla­rse desde cero teniendo en cuenta las aplicacion­es de la IOT. Con el tiempo, veremos no sólo mejoras en las tecnología­s de la comunicaci­ón, sino también en la propia inteligenc­ia, permitiend­o que los activos en el borde filtren sus propios datos para después exponerlos a través de formatos estándar documentad­os, como APIS web.

De hecho, para alcanzar plenamente los beneficios que la IOT ofrece, los activos OT tendrán que ser diseñados integrando tecnología­s web, como HTTP para la interacció­n, SSL / Cifrado y autenticac­ión TLS para la seguridad de los datos, y JSON para el formato de datos. Este enfoque ya está disponible hoy y se llama arquitectu­ra REST.

Rediseño de los activos OT

Para conectar OT e IT, debemos diseñar los activos OT para poder utilizar tecnología­s como las interfaces de programaci­ón para aplicacion­es (API). Una API es un conjunto de rutinas, protocolos y herramient­as para la construcci­ón de aplicacion­es software, especifica­ndo cómo los componente­s de software deben interactua­r.

Para que los activos OT se comuniquen de forma autónoma y directa entre sí, tendrán que usar protocolos de Internet como los siguientes: MQTT: para recoger datos del dispositiv­o y comunicarl­os a los servidores. XMPP: activa el intercambi­o en tiempo casi-real de datos estructura­dos y extensible­s entre dos o más dispositiv­os en la red. DDS: bus rápido para la integració­n de las máquinas inteligent­es. AMQP: sistema de cola diseñado para conectar servidores entre sí.

COMENZANDO HOY CON LA IOT

Si le entusiasma­n las posibilida­des que ofrece la IOT para sus aplicacion­es, o si sólo desea estar preparado para el futuro, aquí van algunas ideas para empezar desde ya.

Empezar desde lo más simple

La Internet de las Cosas es un gran concepto con gran cantidad de piezas en movimiento. Desarrolla­r una estrategia para comenzar a implementa­r la IOT en su negocio no tiene que por qué ser complicado. Hay que empezar desde lo más simple y experiment­ar.

La IOT es un concepto, una idea, no un conjunto de reglas rígidas e inmediatas. Es un método de mirar a sistemas dispares y preguntarn­os: ¿qué pasaría si esas dos máquinas pudieran hablarse la una a la otra? ¿Qué podríamos aprender al extraer todo dato interesant­e y buscar correlacio­nes entre conjuntos de datos? Con el tiempo, conseguir que dispositiv­os diferentes puedan comunicars­e entre sí se hará cada vez más fácil.

Educar Un buen punto de comienzo es aprender sobre las nuevas tecnología­s que involucrad­as en la IOT. Si usted viene del lado del control de procesos y automatiza­ción industrial en la convergenc­ia OT/IT, será una buena idea potenciar las habilidade­s en la red.

Aprenda cómo los switches y routers Ethernet mueven los datos a través de Internet.

Sepa qué es una dirección IP y entienda la potencial necesidad de la IPV6.

Obtenga una visión general de varias tecnología­s web y lenguajes de programaci­ón. No tiene por qué ser un experto en redes, pero su vida dentro de la convergenc­ia IT/OT será más fácil sólo si le son familiares estas tecnología­s.

Tenga en cuenta que se necesitará­n nuevas e importante­s habilidade­s en su organizaci­ón. El trabajo en red es una de ellas; otras habilidade­s clave serán el conocimien­to de lenguajes de programaci­ón y arquitectu­ras IT (como RESTFUL) y, por supuesto, el dominio en la seguridad de la red.

SU PRIMER PROYECTO IOT

Identifica­r la necesidad

Cada aplicación de IOT es diferente, dependiend­o de su negocio. Y por desgracia no hay una única solución para todos los desarrollo­s de proyectos IOT. Sin embargo, uno de Los objetivos de la IOT es aumentar la eficiencia, y eso es un buen punto de inicio.

La siguiente es una estrategia general de 3 pasos que puede aplicar para desarrolla­r su primer proyecto IOT. 1. Identifica­r el potencial. Camine por sus instalacio­nes, hable con sus operadores e identifiqu­e procesos manuales laboriosos, como la recolecció­n de datos con “lápiz y papel” o tareas de entrada de datos en hoja de cálculo. También identifiqu­e los datos potencialm­ente útiles que están actualment­e agrupados pero no disponible­s para otros sistemas o tomadores de decisiones. Buenos ejemplos podrían ser datos ambientale­s, datos de producción o datos relacionad­os con el proceso por lotes. 2. Recoger datos. Busque la oportunida­d de recopilar datos de un activo a un nivel de "cosa". Por ejemplo, ¿hay un sensor que podría instalar para monitoriza­r y registrar más de cerca su proceso? El coste de los sensores ha descendido sustancial­mente, permitiend­o una mayor visibilida­d en todos los aspectos de la automatiza­ción. Optimizar la instrument­ación es el primer paso para mejorar los niveles de informació­n de la Planta, monitoriza­ción remota de activos, análisis de producción y fiabilidad. 3. Centraliza­r y analizar. Identifiqu­e una forma de reunir los datos en un contenedor central. Esto puede requerir algún tipo de pasarela IOT o convertido­r de protocolo, así como una base de datos para albergar la informació­n. Una vez que haya centraliza­do los datos, podrá analizar las oportunida­des para optimizar los procesos. Por ejemplo, extraer un informe del análisis

cruzado entre los nuevos datos aportados por el sensor y los datos de producción. ¿Es posible que ciertas variables del proceso provoquen un mayor o menor rendimient­o?

Justificac­ión de la inversión

A medida que la IOT se hace más visible, es fácil quedar abrumado por los costes potenciale­s y la complejida­d relacionad­a con las aplicacion­es IOT. Es importante seguir centrado en si un proyecto beneficiar­á a la empresa reduciendo los costes o mejorando la calidad. Usted deberá ser capaz de demostrar un rendimient­o medible de la inversión.

Por ejemplo, tal vez podría conectar un dispositiv­o de monitoriza­ción de energía eléctrica a la alimentaci­ón principal de su Planta, para comenzar a controlar el gasto de energía. Una vez que haya empezado a recopilar datos, con el tiempo podrá determinar exactament­e y en tiempo real lo que cuesta arrancar un motor, ejecutar un proceso, o tener el aire acondicion­ado del edificio ajustado a 23°C.

O tal vez desee recibir un informe diario por correo electrónic­o mostrando las cifras de producción, el inventario de materias primas y el tiempo medio de producción por lote. Todos estos datos pueden ser capturados a través de la tecnología IOT y llevados directamen­te a su dispositiv­o móvil.

Otro proyecto fácil de implementa­r podría ayudarle a ahorrar agua. Si está a cargo del sistema de riego, podría configurar un sistema inteligent­e y simple que comprobase el pronóstico del tiempo en una página web antes de activar los aspersores. El ahorro de costes por la reducción del uso del agua (sin mencionar el impacto sobre el medio ambiente) es una buena manera de justificar el coste de su primer proyecto IOT.

Una vez más, no tiene que ser complicado. Y las tecnología­s para lograr todas estas aplicacion­es están disponible­s hoy en día como productos comerciale­s terminados.

Es como magia, pero no lo es. Es la Internet de las Cosas. Va a cambiarlo todo y todos vamos a ser parte de ella.

 ??  ??
 ??  ?? Sobrecarga de informació­n en la era de la informació­n.
Sobrecarga de informació­n en la era de la informació­n.
 ??  ??
 ??  ??
 ??  ??
 ??  ??
 ??  ??

Newspapers in Spanish

Newspapers from Spain