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Modernizaciones de IIoT para equipos heredados

Si es como la mayor√≠a de los fabricantes, no est√° operando con los √ļltimos equipos listos para Internet. Pero es probable que se enfrente a muchas iniciativas de digitalizaci√≥n. Lea c√≥mo hacerlo con modificaciones estrat√©gicas de los equipos existentes.

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Por James R. Koelsch, editor colaborador

No llore por la leche derramada, la cerveza o cualquier otra cosa. ¬ŅPor qu√©? Porque ya no hay necesidad de soportar derrames y otras formas de desperdicio solo porque su base de equipo instalada es demasiado vieja. Puede resolver muchos de estos problemas modernizando su equipo heredado para brindarle la conectividad y visibilidad prometidas por la Internet Industrial de las Cosas (IIoT) para reducir el desperdicio.


Preg√ļntele a Joe Vogelbacher, CEO y cofundador de Sugar Creek Brewing Co., una cervecer√≠a artesanal en Charlotte, Carolina del Norte. La modernizaci√≥n de una l√≠nea de embotellado all√≠ con tecnolog√≠a IIoT ha permitido a los operadores controlar la formaci√≥n de espuma a medida que la cerveza se mueve de un tanque a otro. Incluso las variaciones leves en la presi√≥n y la temperatura pueden generar espuma, lo que se traduce en un derrame suficiente para costarle a la cervecer√≠a $ 30.000 al mes en ingresos perdidos.Los operadores ahora pueden interactuar con el proceso en tiempo real desde cualquier lugar de la cervecer√≠a, gracias a la ayuda de Bosch Rexroth Corp.


‚ÄúJunto con Sugar Creek, mapeamos el flujo de valor y comenzamos a analizar los puntos d√©biles espec√≠ficos‚ÄĚ, dijo Armando Gonz√°lez, l√≠der empresarial de Industria 4.0 en Bosch Rexroth. "A partir de ah√≠, pudimos determinar la cantidad de desperdicio y c√≥mo se traduc√≠a en t√©rminos de valor".


Luego, los ingenieros de Bosch Rexroth ayudaron al personal de la cervecería a comprender cómo la tecnología IIoT podría ayudarlos a lograr un éxito rápido.


El equipo de modernización agregó no solo sensores IIoT a los tanques de cerveza, sino también el IIoT Gateway de Rexroth para informar los niveles de llenado y la temperatura. Una vez analizados, estos puntos de datos están disponibles para los operadores en sus computadoras portátiles, tabletas o teléfonos móviles. Con información de fácil acceso y la capacidad de ajustar puntos de ajuste de forma remota, Sugar Creek Brewing Co. ahorró $ 120.000 solo en 2019.

El más mínimo cambio de temperatura y presión puede causar espuma en la línea de embotellado en Sugar Creek Brewing. Para controlar esta forma de desperdicio, la cervecería recurrió a Bosch Rexroth para modernizar su línea con tecnología IIoT.El más mínimo cambio de temperatura y presión puede causar espuma en la línea de embotellado en Sugar Creek Brewing. Para controlar esta forma de desperdicio, la cervecería recurrió a Bosch Rexroth para modernizar su línea con tecnología IIoT.Foto cortesía de Bosch Rexroth
La planificación es crucial

Como cualquier otra tecnolog√≠a, la implementaci√≥n exitosa de IIoT requiere un plan que tenga un buen sentido comercial. El desarrollo de un plan de este tipo ayuda a evitar la sobreadaptaci√≥n, el error m√°s com√ļn que cometen los usuarios, seg√ļn Manish Chawla, gerente general del sector industrial de IBM Corp. ‚ÄúLa consideraci√≥n principal debe ser identificar claramente cu√°les son los objetivos finales y los beneficios comerciales para reacondicionamiento de un equipo determinado ‚ÄĚ, aconseja. "Debe haber un prop√≥sito comercial para cada sensor que alguien quiera instalar".


Estos prop√≥sitos generalmente incluyen alg√ļn beneficio en aspectos como costo, seguridad, calidad y rendimiento. ‚ÄúEl lugar m√°s impactante para comenzar uno ser√≠a mirar d√≥nde est√°n sus mayores problemas‚ÄĚ, sugiere Dave Eifert, gerente senior de desarrollo de negocios para IIoT en Phoenix Contact USA. "Mire uno de estos aspectos de una manera muy granular e imagine lo que se necesitar√≠a para eliminar ese problema". Si m√°s datos e informaci√≥n sobre el proceso lo ayudar√°n a comprender y resolver el problema, entonces podr√≠a ser una buena aplicaci√≥n para IIoT.


Los expertos en automatizaci√≥n advierten a los principiantes que sean selectivos al decidir qu√© datos recopilar. ‚ÄúLa afluencia de demasiados datos puede generar par√°lisis en el an√°lisis‚ÄĚ, explica Trevor Diehl, vicepresidente de investigaci√≥n y desarrollo de DelmiaWorks, un proveedor de software de planificaci√≥n de recursos empresariales. Para evitar este problema, sugiere trabajar con profesionales de calidad para identificar de tres a cinco se√Īales para comenzar, y ciertamente no m√°s de ocho.


Una consideraci√≥n a menudo olvidada en el proceso de planificaci√≥n es el mantenimiento a largo plazo de cualquier sensor agregado. ‚ÄúAsegurarse de que los sensores est√©n calibrados adecuadamente es una dificultad a largo plazo que pocas personas planean‚ÄĚ, observa Diehl. Adem√°s de experimentar alguna deriva que ocurre naturalmente con el tiempo, los sensores tambi√©n fallan eventualmente en entornos industriales porque se instalan en entornos hostiles, como en maquinaria vibratoria, en campos electromagn√©ticos y cerca de fuentes de calor.


IIoT con controladores existentes


Una vez que se establecen los objetivos y los beneficios, el siguiente paso para la planificación es compararlos con el valor y el costo de la tecnología disponible para lograrlos. La buena noticia es que agregar dispositivos IIoT generalmente no requiere reemplazar el controlador existente. Una razón es que IIoT ya no se limita a agregar sensores discretos desacoplados de la jerarquía de control tradicional. Ahora puede incluir la distribución de datos ya disponibles a través de PLC.


‚ÄúEl mundo de los controles ha ido asimilando r√°pidamente m√°s tecnolog√≠a IIoT‚ÄĚ, explica Diehl. Se√Īala la capacidad de tecnolog√≠a como FactoryTalk View de Rockwell Automation para conectarse a un servidor OPC, que es un agregador de datos IIoT com√ļn de un PLC. "Por lo tanto, es muy posible obtener informaci√≥n de IIoT relevante de su equipo existente una vez que est√© conectado al agregador correcto".


‚ÄúMuchos controladores m√°s antiguos tienen alguna forma de comunicar datos valiosos, incluso si es a trav√©s de protocolos m√°s antiguos como el serial o DeviceNet‚ÄĚ, agrega Daymon Thompson, gerente de productos de software de Estados Unidos en Beckhoff Automation, en consecuencia, IIoT y otras tecnolog√≠as de digitalizaci√≥n generalmente pueden leer datos de estos controladores heredados y luego transmitirlos a trav√©s de un est√°ndar de comunicaci√≥n IIoT como MQTT, HTTP y REST. "Sin embargo, hacer esto requiere agregar un dispositivo al sistema como una puerta de enlace de comunicaciones".


Estas puertas funcionan junto con los PLC existentes para enviar datos seleccionados a un sistema local o basado en la nube para la aplicaci√≥n de an√°lisis. Eifert en Phoenix Contact recomienda comenzar dejando el sistema de control existente en su lugar y aplicando v√≠as de borde en paralelo. "Por lo general, es mejor comenzar con poco y aprender a evitar posibles obst√°culos antes de buscar proyectos con perfiles de mayor riesgo y recompensa", dice. 


Luego, puede sopesar los beneficios de reemplazar los PLC, ya que tiene sentido durante los ciclos de actualización posteriores. Para permitir esta opción, Eifert sugiere utilizar tecnología IIoT que se puede aplicar de forma incremental. Un ejemplo es PLCnext de Phoenix Contact, que puede servir tanto como puerta de enlace de borde como como PLC. Se puede aplicar de forma incremental junto con un PLC existente, comunicándose localmente con el PLC a través de protocolos como Modbus TCP, EtherNet / IP o incluso Modbus RTU. Su sistema operativo basado en Linux permite utilizar herramientas de programación de código abierto como Node-Red como enlace al mundo IIoT.


Thompson informa que la mayor√≠a de las actualizaciones de IIoT que involucran los controles basados ‚Äč‚Äčen PC de Beckhoff Automation han implicado la actualizaci√≥n de software para agregar funcionalidad y comunicaciones en el controlador. ‚ÄúEn casos con equipos muy antiguos, es sencillo agregar un peque√Īo dispositivo de puerta de enlace y usar nuestro software Data Agent para leer los datos del controlador existente y luego asignarlos a los protocolos de comunicaciones de IoT‚ÄĚ, dice.


Sin embargo, dicho hardware normalmente puede hacer mucho m√°s que eso. ‚ÄúUna puerta de enlace de IoT local tambi√©n puede hacer parte de la inform√°tica de borde antes de enviar cualquier informaci√≥n al nivel empresarial o a la nube‚ÄĚ, dice Thompson. El procesamiento de informaci√≥n en el borde puede reducir el tr√°fico de la red y minimizar los datos que se env√≠an a sistemas de nivel superior.


Una aplicaci√≥n que requiera datos de alta velocidad probablemente necesitar√° computaci√≥n local o de borde. ‚ÄúEstos conjuntos de datos a menudo tambi√©n deben integrarse en una visi√≥n corporativa o empresarial general para evaluar el impacto hol√≠stico‚ÄĚ, se√Īala Chawla en IBM. "Por lo tanto, necesita una arquitectura bien definida que especifique d√≥nde se deben procesar los datos".


Aqu√≠, un error com√ļn es adoptar un enfoque estrictamente lineal para procesar los datos, ya sea en las instalaciones o en la nube. "Este enfoque puede limitar el valor que puede obtener de los datos", dice Chawla. Para evitar tales limitaciones, insta a los usuarios a considerar una arquitectura h√≠brida abierta porque ofrece la flexibilidad de procesar datos en las instalaciones para lograr velocidad y agilidad, as√≠ como para aprovechar los beneficios del acceso a la nube.


Una historia de dos limitaciones


Dos limitaciones importantes para planificar una modernizaci√≥n de IIoT son si el equipo est√° instrumentado y dise√Īado para comunicarse externamente. "Una aplicaci√≥n que consta de varios sistemas instrumentados conectados que utilizan controladores capaces de comunicarse con protocolos industriales ser√° mucho m√°s sencilla", se√Īala Josh Eastburn, director de marketing t√©cnico de Opto 22. "B√°sicamente, solo necesita algunas buenas puertas de enlace o un controlador de borde √ļnico para unir esas diferentes redes de automatizaci√≥n y luego canalizar esa informaci√≥n a donde quiera que vaya".


Sin embargo, agrega que establecer la conectividad ha sido m√°s dif√≠cil para los equipos no instrumentados que no est√°n dise√Īados para comunicarse externamente. La opci√≥n de bajo costo era agregar la instrumentaci√≥n necesaria, enviar los datos a un registrador de datos y transferir manualmente los datos recopilados a una hoja de c√°lculo. Una opci√≥n m√°s cara era invertir en un registrador continuo, RTU o PLC, que era caro para una sola pieza de equipo y no se adaptaba bien a varias m√°quinas. Una Raspberry Pi era m√°s barata, pero sol√≠a no funcionar bien con se√Īales de E / S industriales y, a menudo, era demasiado fr√°gil para entornos industriales.


Por simplicidad y escalabilidad, Eastburn sugiere un enfoque orientado al borde, como el que se utiliza en un programa de mantenimiento predictivo desarrollado para una fresadora CNC por Enginuity Inc., una empresa de ingenier√≠a en Halifax, Nueva Escocia. Debido a que las m√°quinas CNC generalmente no est√°n dise√Īadas para recopilar o publicar toda la informaci√≥n necesaria para el seguimiento de la eficiencia general del equipo (OEE), los ingenieros de Enginuity agregaron sensores para medir la vibraci√≥n, la temperatura y la corriente. Luego, conectaron las se√Īales a un m√≥dulo de E / S groovRIO edge de Opto 22. Con el motor Node-Red IoT integrado del m√≥dulo, recopilaron los datos de la se√Īal, crearon un tablero m√≥vil en tiempo real y enviaron datos a OSIsoft PI (sistema de an√°lisis ) utilizando llamadas REST.


Cuando el controlador existente está cerrado o la máquina tiene la edad suficiente para ser controlada a través de la lógica de relé, Thompson en Beckhoff Automation dice que un acoplador de IoT es otra opción para leer los datos del sensor y del motor directamente. En tales casos, considere la posibilidad de extraer el tiempo de actividad y otros datos de OEE. El acoplador de IoT EK9160 de Beckhoff puede escribir datos de sensores o entradas eléctricas en sistemas de nivel superior en la nube o en las instalaciones mediante OPC UA o MQTT.


IIoT en m√°quina


Aunque los dispositivos IIoT a menudo se agregan al nivel de E / S, otro lugar importante para la actualizaci√≥n es el nivel de la m√°quina, el mismo nivel que una HMI en la jerarqu√≠a de control, seg√ļn Alexander Bergner, director de gesti√≥n de productos IIoT en TTTech Industrial Automation. Aqu√≠ es donde se ejecuta la plataforma inform√°tica de borde Nerve de TTTec. 


Los t√©cnicos de Sugar Creek Brewing reciben datos del proceso de embotellado a trav√©s de sensores IIoT y una puerta de enlace Bosch Rexroth IIoT.Los t√©cnicos de Sugar Creek Brewing reciben datos del proceso de embotellado a trav√©s de sensores IIoT y una puerta de enlace Bosch Rexroth IIoT.Foto cortes√≠a de Bosch Rexroth Corp.Al operar justo encima del PLC, la plataforma puede utilizar mucha m√°s potencia inform√°tica de la que normalmente est√° disponible en el nivel de E / S. Y al operar por debajo del nivel SCADA, los algoritmos todav√≠a est√°n lo suficientemente cerca de la operaci√≥n en s√≠ como para que los datos se reciban en tiempo real y no experimenten p√©rdida de granularidad. En consecuencia, Nerve puede respaldar el mantenimiento predictivo y otra anal√≠tica de borde. 


Debido a que la plataforma tiene una función de virtualización, puede ejecutar nuevas aplicaciones y servicios junto con la infraestructura existente. De hecho, esta capacidad captó la atención del personal de ingeniería de Fill Gesellschaft, un constructor de máquinas herramienta CNC con sede en Gurten, Austria. Nerve ahora aloja el software de fábrica inteligente Cybernetics de la empresa.


Al ejecutarse en dispositivos periféricos integrados en cada una de las máquinas de Fill, Nerve recopila datos de las máquinas y los envía a las aplicaciones Cybernetics sin ninguna pérdida de granularidad. Luego, Fill procesa los datos en su software en el borde antes de enviar la información a la nube.

Fill tambi√©n est√° utilizando conjuntos de datos globales para verificar el desgaste de los componentes en toda su flota de m√°quinas y para ofrecer los resultados a su base de clientes como un servicio. El constructor espera que hasta el 12% de sus ingresos provengan de dichos servicios en unos pocos a√Īos.