Conectividad en la Industria 4.0
Actualmente cuando pensamos en la conectividad de nuestras empresas ya no solo tenemos en cuenta la capa física entre el elemento terminal y el sistema de control, sino que tenemos que estudiar la conectividad entre nuestra planta y el mundo digital.
Actualmente cuando pensamos en la conectividad de nuestras empresas ya no solo tenemos en cuenta la capa física entre el elemento terminal y el sistema de control, sino que tenemos que estudiar la conectividad entre nuestra planta y el mundo digital.
Hace ya unos años pasamos del cableado dedicado de las señales al bus de campo, pero actualmente no solo podemos quedarnos en este punto, sino que debemos determinar cómo vamos a conectar la información con los diferentes niveles de la organización.
La pirámide de la automatización ya está obsoleta y los datos de IT y OT han de convivir en el mismo medio. Por eso los fabricantes tenemos que evolucionar más rápido que nunca, ya que los ciclos de vida del hardware informático son mucho más reducidos que el hardware industrial. Además, en este nuevo entorno, el software cobra una mayor importancia y no es válido que el fabricante de equipos únicamente cree equipos, sino que debe tener un software que integre toda la solución e interconecte todos niveles.
Conectando todos los niveles
La evolución de la industria nos está llevando a que todos los niveles estén intercomunicados. Actualmente carece de sentido que se monte una máquina en una planta y esté aislada del resto de procesos o no se puedan analizar sus rendimientos en otros niveles (responsable producción o gerencia).
Estamos en un mercado cada día más competitivo y la información es poder. Disponer del máximo de datos de nuestro sistema nos permitirá detectar posibles mejoras. En ocasiones es muy complicado saber si un dato para analizar es bueno o malo, pero lo que es seguro es que, si no disponemos de ese dato, no lo vamos a podemos analizar. En el mercado ya disponemos
de herramientas (Industrial Analytics en el caso de Weidmüller) que analizan esos macrodatos para hacer más eficientes nuestras cadenas de producción.
Analizar a tiempo real valores como el OEE (Overall Equipment Effectiveness) que entraña conocer datos como la disponibilidad de una máquina, el rendimiento o la calidad de sus piezas es algo cada día más cotidiano para muchas plantas.
No podemos olvidarnos de analizar valores no solo de rentabilidad directa, sino que debemos
de tener en cuenta datos de eficiencia energética o calidad de red. Asimismo, es imprescindible disponer de estos datos de campo en otros niveles de decisión como ocurre con los datos de producción.
&RQH[LYQ HÀFLHQWH a nivel de campo
Para simplificar y no tener problemas con el traslado de los datos se hace cada día más imprescindible tener una buena calidad del dato. Por lo tanto, hacer
una buena estructuración de las señales, controlar la compatibilidad electromagnética (EMC) y diseñar una arquitectura de red adecuada es vital para que estas señales de campo no se deteriores por el proceso y sean válidas para todos los niveles.
Disponemos de buses de campo que van agregadas a las señales físicas como Io-link en maquinaria o Hart en procesos. Por ejemplo, Io-link nos da mucha más información del elemento terminal que simplemente una señal transistorizada todo o nada de detección. Podemos conocer el dato real de la medición o la temperatura a la que está trabajando el equipo o incluso parametrizarlo por la misma señal de proceso. Por ello, añadir más prestaciones a los dispositivos hace que los cableados y las conexiones tengan que ser de mayor calidad y hayan sido diseñados con mejor eficiencia.
No es el objetivo de este artículo, ni vamos a entrar en detalle, pero el diseño de una arquitectura de red adecuada y el tratamiento de esos datos es fundamental en sistemas que cada día son ampliados y que van creciendo en complejidad a pasos agigantados. Que convivan los datos de IT y OT hace que nos veamos obligados a priorizar qué datos no pueden esperar para ser tratados y cuáles sí. El abuso de switches no gestionados y la conexión de IT al proceso hace que muchos sistemas se saturen por no estar bien priorizados.
Hardware de automatización listo para la digitalización
Los fabricantes de equipos nos vemos en la obligación de diseñar todos los dispositivos nuevos preparados para la digitalización, así como adaptar los existentes. Poder comunicarse con una fuente de alimentación, conocer el estado de la alimentación de cada uno de los circuitos, bloquear o activar en remoto parte de la instalación, comunicarse con todos los elementos terminales preparados para Iolink..., son algunas de las acciones que ya podemos hacer hoy en día con nuestros dispositivos.
Como hemos comentado anteriormente, software y hardware bien sincronizados son cada día más importantes. La mayoría de estos dispositivos requieren una programación, en ocasiones por medio del servidor web (no requiere más que un explorador) y otras por medio de softwares específicos de programación.
Debemos procurar que todos estos dispositivos sean lo más ampliables posibles ya que estamos en mercados cambiantes y tenemos que buscar la mayor modularidad. La variabilidad de producto que demanda cada día el mercado va en incremento y debemos tener dispositivos que nos permitan hacer cadenas de producción flexibles y no tan dedicadas como en el pasado.
Disponer de dispositivos de control que puedan gestionar esos datos con capas superiores es fundamental. Por un lado, se puede realizar el control clásico del proceso o máquina y por otro lado, con el mismo dispositivo, podemos diseñar una aplicación IOT para comunicarnos con capas superiores ya sea el servidor local del cliente o el Cloud.
Conectividad con el Cloud
MQTT, OPC-UA, AMQP, SQL…, son términos utilizados ya por ingenieros electrónicos/programadores de diseño de maquinaria o por los ingenieros (como es mi caso) que representamos a marcas que originalmente diseñaban para industria y mirando únicamente al nivel de campo. El IIOT (Industrial Internet of Things) ha irrumpido en industria y está estableciendo una gran transformación de ésta.
En el mercado existen varios Gateways que nos permiten, mediante protocolos de comunicación específicos (MQTT, OPC-UA…), trasladar nuestros datos desde el proceso al Cloud. Todavía hay usuarios que prefieren trabajar con sus servidores locales y no enviar esa información a la nube, es algo que probablemente con los años se reduzca considerablemente, pero hoy en día la solución es bastante similar. O apuntas el Gateway a una IP que pertenece a un servidor local o sobre el espacio contratado en el Cloud.
De suministradores de Cloud también hay bastante oferta en el mercado. Disponemos de grandes suministradores como AWS (Cloud de Amazon), Azure (Cloud de Microsoft), GCP (Google Cloud) y suministradores para aplicaciones acotadas. Escoger uno u otro dependerá de la aplicación que se quiera realizar y de las opciones que nos ofrezca cada uno de ellos.
Para finalizar la conectividad con el Cloud solo nos queda comentar algún software disponible para realizar la aplicación entre el Gateway (por el protocolo de comunicación escogido) y el suministrador de Cloud. En el mercado mayoritariamente hay tres soluciones: fabricantes que resuelven una aplicación concreta con un software propietario (normalmente una App), fabricantes que tienen los equipos preparados para programar en lenguajes de programación como Javascript y fabricantes que apuestan por programar con interface más sencillas y visuales tipo Node-red.
En conclusión, en la conectividad de la Industria 4.0 han aparecido nuevos actores que hemos de gestionar para evolucionar hacia la fábrica del futuro. Hemos comentado que para que los datos lleguen a todos los niveles de decisión se ha de ser más cuidadoso que nunca con ellos. Es fundamental la calidad del cableado y conexionado, la protección EMC y el diseño de la arquitectura de red. Es muy importante escoger un hardware adecuado, modular y preparado para el IOT. Y finalmente, hay que estudiar correctamente la aplicación para escoger un protocolo de comunicación apropiado y en función de la necesidad de cada cliente, una solución Cloud satisfactoria.
Sergio Muiña Simón Automation Sales Engineer Managery Business Development Manager de Machinery en Weidmüller España.