Automatización abierta: nuevas soluciones para aplicaciones de pesaje inteligente

La automatización abierta es una vía para simplificar la digitalización, con la ayuda de una plataforma en la nube pensada para la industria de procesos, que puede ampliarse libremente. Y con una interfaz de programación abierta para pesaje inteligente. Con estas herramientas, es posible integrar con facilidad aplicaciones de tecnología de pesaje y producción; por ejemplo, básculas de control, funciones de control y verificaciones de llenado.

Para implantar aplicaciones de pesaje inteligente, es indispensable disponer de sensores inteligentes, células de carga y electrónica de pesaje inteligente. Es muy importante que los componentes tengan inteligencia incorporada, por ejemplo, en forma de interfaces abiertas o edge computing, para procesar datos de manera eficiente y específica. Este artículo explora lo que se demanda a este tipo de sistemas, con especial énfasis en la integración del software.

Optimizar los procesos, reducir los costes y, como resultado... mejorar la rentabilidad

La aparición de la Industria 4.0 —el internet industrial de las cosas—, ha abierto nuevas posibilidades de enorme calado para las aplicaciones técnicas de pesaje.

Con un mejor control de los procesos, se puede mejorar tanto la velocidad como la calidad de los procesos de pesaje. La posibilidad de detectar y resolver problemas de calidad de forma precoz evita rechazos de producción costosos Por otro lado, es posible identificar más fácilmente mejoras potenciales en la calidad mediante una monitorización más eficiente de los procesos de pesaje. Eso, a su vez, abre la puerta a una mejora más rápida del rendimiento de los procesos. En las aplicaciones de pesaje y envasado, se pueden acortar los tiempos de producción, monitorizando y documentando al mismo tiempo los requisitos legales de exactitud.

Las cadenas de medida inteligentes aportan información sobre el estado de las máquinas individuales y permiten diagnosticar oportunamente el desgaste crítico de sus componentes. Así, se pueden pedir los repuestos necesarios con antelación, se pueden planificar paradas de mantenimiento más cortas y se evitan tiempos de inactividad prolongados de las máquinas.

En los entornos de producción actuales, los PLC se están sustituyendo cada vez más por aplicaciones de software o —incluso— por soluciones en la nube. Del mismo modo que plataformas como Amazon, eBay, Facebook, Google, Instagram, LinkedIn, Spotify, Twitter o WhatsApp lideran el internet de las cosas, esa misma tendencia hacia el desarrollo de plataformas está ganando adeptos en el campo del internet industrial de las cosas, o IIoT.

Control por voz, integración con programas de correo electrónico, aplicaciones y otros ejemplos de soluciones innovadoras autónomas

Esta nueva apertura está dando un mayor protagonismo a una serie de soluciones innovadoras y fáciles de usar, como el control por voz, los asistentes de voz o la integración con programas de correo electrónico. En una plataforma IIoT abierta, un asistente de voz, como Alexa o Cortana, puede proporcionar información sobre el estado de las máquinas de una línea de producción. Igualmente, es posible integrar ventanas de información en Outlook y en otros programas de correo electrónico, en las que se muestra el estado de la producción o desde las que se puede acceder directamente a los informes. O enviar notificaciones de alarma si se sobrepasan los valores límite definidos o si se produce algún error o avería. Del mismo modo, existe la opción de que la aplicación de la fábrica envíe notificaciones push en tiempo real cada vez que se produce un suceso importante, como piezas defectuosas o un fallo en una máquina.

Fig. 1: Control de la producción mediante aplicaciones de pesaje técnico en una fábrica inteligente

Equipos inteligentes: edge computing

Una de las características fundamentales de los equipos modernos de ensayo y medición (y también de la Industria 4.0 en su conjunto) es que los componentes que hacen medidas directas, como los sensores y la electrónica de medición, tienen inteligencia integrada. O, dicho de otro modo, son capaces de preprocesar los datos.

Esta funcionalidad del hardware es muy importante, por más que los conceptos “Industria 4.0” e “IIoT” suelan asociarse a las soluciones en la nube. Las soluciones modernas se centran en la facilidad de uso. Por ejemplo, en los dispositivos modernos el usuario solo tiene que hacer ajustes sencillos y no necesita grandes conocimientos de programación para crear tareas. Esta evolución es comparable a la de los teléfonos móviles: inicialmente eran objetos puramente utilitarios, complicados y con funciones especiales limitadas, pero ahora se han convertido en aparatos muy versátiles que hacen de todo y se manejan de una forma sencilla e intuitiva. De forma análoga, la programación de tareas se ha transformado en una sencilla parametrización. Un ejemplo de ello son los canales de cálculo internos ("edge computing") de los amplificadores de medida inteligentes ClipX, DSE-HIE, PAD y WTX de HBK. Todos ellos ofrecen un amplio espectro de funciones preprogramadas que el usuario solo tiene que parametrizar. Con ello se reducen los tiempos y se minimizan las posibles fuentes de error durante las implantaciones.

Fig. 2: Edge computing: electrónica de pesaje inteligente con nuevas posibilidades de aplicación integradas

Procesamiento de datos adaptado a la aplicación

El principio básico es: Los datos deben procesarse allí donde tenga más sentido hacerlo. Debe utilizarse una solución en la nube cuando se requiere tanto capacidad de almacenamiento como potencia de cálculo; por ejemplo, para los datos históricos de un sistema o para los que solo se analizan a largo plazo

Pero eso no quiere decir que la nube sea la solución ideal para todo, a pesar sus ventajas innegables Por ejemplo, es mejor procesar de forma local los datos con criticidad temporal que dependen de la baja latencia de un sistema, de modo que puedan emplearse para iniciar respuestas rápidas como, por ejemplo, detener una máquina. Este tipo de soluciones se denominan “edge computing” o “computación en la periferia” y contrastan claramente con la computación en la nube. Entre ellas se encuentran las aplicaciones con básculas de control que registran el peso correcto en procesos muy dinámicos durante el transporte de productos, o las de llenado con optimización del tiempo, que son capaces de adaptarse a cambios en los procesos.

Garantizar la interoperabilidad mediante protocolos adecuados

Para crear sistemas eficientes que, en el futuro, puedan expandirse fácilmente, es importante utilizar un protocolo adecuado. Una solución que nos proponga un fabricante con un protocolo propio o poco generalizado puede ser inicialmente más barata, pero no compensa a largo plazo. Precisamente por eso, OPC Foundation ha desarrollado el estándar de intercambio de datos OPC UA (Open Platform Communications Unified Architecture). Es independiente de cualquier plataforma y facilita el intercambio de datos en las comunicaciones industriales, sea cual sea el fabricante, el lenguaje de programación del dispositivo o el sistema operativo. Este protocolo hace posible igualmente el intercambio en formatos semánticos legibles para las máquinas.

OPC Foundation cuenta con grupos de trabajo que se ocupan de definir perfiles especiales para aplicaciones en las industrias manufacturera y de procesos. Por ejemplo, se ha desarrollado un perfil para aplicaciones de pesaje técnico que recoge los requisitos especiales, los métodos de trabajo y la reglamentación legal de este sector. De esta manera, el software se comporta como un sistema modular que puede integrarse de forma óptima en el conjunto de una aplicación, ahorrando una cantidad de tiempo enorme.

Interfaces abiertas para una solución global: API y drivers

Otra tendencia en el internet de la cosas es la que promueve la iniciativa Open API en Estados Unidos: facilitar el libre intercambio de datos entre aplicaciones de diferentes fabricantes, mediante interfaces de programación de usuario abiertas (API).

En ese sentido, los amplificadores de medida industriales de HBK llevan integrado un directorio de objetos. Utilizando una clave o una lista de comandos, todos los objetos del amplificador se pueden leer o modificar empleando, por ejemplo, una conexión socket TCP/IP o comunicaciones a través de bus de campo. Eso ofrece una base robusta para la parametrización y el control remoto completo del amplificador, sin necesidad de utilizar el servidor web integrado.

Fig. 3: Interfaces de software de un amplificador de medida inteligente (en la imagen, ClipX)

API para integración de dispositivos con C/C++ y C#

Con el fin de facilitar también la integración con aplicaciones de software más pequeñas o específicas de clientes, se ha desarrollado una API para los amplificadores de medida ClipX, DSE y WTX, entre otros, basada en directorios de objetos. Esta API consiste en un archivo .dll y utiliza una sólida estructura de funciones que permite integrar fácilmente el amplificador en nuevos entornos, como por ejemplo aplicaciones en C, C++ y C#. La API está disponible en la página web de HBK, en forma de un archivo .dll para Windows o en un archivo .so especialmente compilado para Linux. Así, incluso en los programas de desarrollo propio, se puede acceder a los dispositivos sin ningún esfuerzo y controlarlos según las necesidades. Todos los parámetros del amplificador pueden leerse o modificarse.

Ejemplo de aplicación: células de carga en una aplicación web de control de calidad

¿Cómo podemos conectar máquinas heterogéneas a las nuevas plataformas IIoT de la manera más sencilla posible? Esa es una pregunta vital para los responsables de las plantas; evidentemente, los proveedores de plataformas deben ofrecer soluciones sencillas. Por ejemplo, la conexión de las máquinas de pilotaje no debe durar más de tres días, incluida la conexión en red con el nivel de planificación (ERP) a través de adaptadores. Si después queremos convertir los macrodatos de estas máquinas en datos inteligentes utilizables en tiempo real, necesitaremos un procesamiento de datos rápido y eficaz, que puede ser tipo “edge” o tipo nube. El objetivo es generar imágenes digitales en espejo en varios ordenadores de la planta, de modo que los responsables de producción y los trabajadores puedan analizar virtualmente las condiciones de funcionamiento y optimizarlas en condiciones reales.

En HBK estamos automatizando cada vez más pasos de trabajo dentro de nuestros propios procesos de producción. Un ejemplo de la transformación inteligente del trabajo manual lo encontramos en el control de calidad: para fabricar células de carga de torsión anular (RTN) se debe asegurar que se alcanza la temperatura correcta en unos hornos especiales.

Fig. 4: Registro antes de la automatización

Antes de automatizar el proceso, se registraba una curva de temperatura en papel, utilizando un polígrafo analógico, y un empleado la ajustaba manualmente al valor de referencia con ayuda de una plantilla. Para automatizar este paso del proceso y evitar errores humanos de ajuste, los hornos se equiparon con cinco sensores de temperatura Pt100, cada uno de ellos conectado a un amplificador ClipX. Todos los amplificadores ClipX se conectaron entre sí a través de un bus interno para ClipX, que garantiza la sincronización de la señal.

Fig. 6: Visualización del proceso en la nube

A efectos de evaluación, los datos se envían al Nexeed Production Performance Manager (PPM) de Bosch mediante el protocolo REST y se comparan automáticamente con una curva objetivo. Si las desviaciones superan un valor delta predefinido, se activa una señal de alarma y se puede corregir al instante un posible error.

Fig. 7: Evaluación de un proceso individual (evolución de la temperatura) en el PPM

Conclusión: Los datos generan valor añadido

Con la ayuda de interfaces abiertas integradas como las que hemos descrito, las empresas pueden construir de forma independiente una arquitectura de IT totalmente individualizada. El software permite optimizar componentes completos y puede utilizarse para conectar en red, controlar, analizar y procesar datos. Lógicamente, el hardware que se utiliza debe ser perfectamente compatible e interoperable con las herramientas de software. Con estas implantaciones de Industria 4.0, los procesos de producción y calibración son más seguros y —lo que es más— pueden conectarse en red con otras fábricas y a escala mundial, a través de una intranet o de internet.

Fig. 8: Sensores y cadenas de medida inteligentes de HBK adaptados a la automatización abierta

HBK ofrece un amplio catálogo de opciones para integrar sus equipos con multitud de aplicaciones de software bien contrastadas. Disponemos de sensores, células de carga y electrónica de medición con interfaces abiertas para integración individualizada en distintas aplicaciones en la nube Los amplificadores de medida de HBK son compatibles con numerosos protocolos y, por tanto, son fáciles de integrar tanto en redes ya existentes como en nuevas aplicaciones y redes.

Más información: Benefíciese de las nuevas oportunidades de la automatización abierta