La demanda impuesta a los productos que utilizamos en nuestra vida cotidiana, y los requisitos que deben cumplir, son cada vez mayores. Esto resulta evidente, por ejemplo, en los ciclos de los productos, que son cada vez más cortos. Y eso no ocurre solo con los dispositivos electrónicos como los televisores o los teléfonos móviles, sino también con los modelos de automóviless.

Los fabricantes tienen que adaptarse a esta tendencia. Para ello están creando —y modernizando— sistemas de pruebas y producción orientados a una flexibilidad máxima. Paralelamente, procuran reducir la diversidad de elementos tales como los equipos físicos, los componentes y el software. A primera vista, esto puede parecer contradictorio si pensamos que el tiempo de configuración, operación y mantenimiento (remoto) de los sistemas debe acortarse lo más posible con el fin de mantener una estructura de costes lo más baja posible para mantener la competitividad. ¿Cómo se consigue la cuadratura del círculo?

Este artículo toca las siguientes cuestiones:

  1. Requisitos del mercado para los sistemas mecatrónicos y su evolución a lo largo del tiempo
  2. Funciones de la tecnología de control moderna
  3. ¿Qué beneficios aporta la tecnología de medición de alta calidad?
  4. ¿Qué aportan las funciones inteligentes a la tecnología de pruebas y producción?
  5. Conceptos sobre automatización moderna y diagnosis eficiente

1. Requisitos del mercado para los sistemas mecatrónicos y su evolución a lo largo del tiempo

Quedan lejos los tiempos en los que existían grandes departamentos plenos de recursos, dedicados a diseñar y desarrollar productos y sistemas de producción... de forma individual. Con frecuencia, aquellas soluciones eran diseños altamente específicos sin posibilidad de reutilización. Muchas veces, la interacción entre los componentes individuales de un sistema solo era posible a través de complicados canales de transferencia e interfaces de conversión. Con el paso de los años, se ha producido una migración sistemática hacia interfaces y componentes uniformes, que se tratan como bloques estructurales de un sistema modular, y que permiten diseñar sistemas cada vez más complejos de manera cada vez más eficiente.

Análogamente, los desarrolladores de productos y los responsables de producción buscan sistemas flexibles que permitan integrar nuevas tecnologías con facilidad. Otro factor importante es que no sea imprescindible reciclar a los usuarios con cada nueva versión de un producto. Todo ello introduce una distinción fundamental entre las tareas de automatización y las tareas de desarrollo de productos. El desarrollo de productos requiere una adquisición precisa de valores medidos, con altas velocidades de registro. Por contra, en las aplicaciones de automatización, las secuencias se llevan a cabo en un tiempo real determinista, con el objetivo de mantener las máquinas en una banda de funcionamiento óptima; los datos de diagnóstico tienen una prioridad alta y los datos de medición tienen una prioridad baja. En los sistemas mecatrónicos, esta dicotomía no existe desde hace tiempo e, idealmente, los componentes ofrecen la flexibilidad suficiente como para utilizarlos en ambas áreas.

2. Funciones de la tecnología de control moderna

Lo mismo se puede decir del software de pruebas y control. Las magnitudes que se miden durante las pruebas deben almacenarse y analizarse con un software adecuado. Debido a los grandes volúmenes de datos implicados, este software está basado en PC y se transfiere a un ordenador de medición a través de una interfaz Ethernet. Algunos elementos y métodos del software de evaluación se reutilizan después en el entorno de producción, en combinación con elementos de la tecnología de control.

Por otro lado, con frecuencia los sistemas mecatrónicos deben ofrecer un alto grado de comportamiento en tiempo real en los entornos de producción, con el fin de asegurar una interacción fluida entre todos los componentes, sin errores. Para estos fines, lo más idóneo es un software de control que funcione directamente en los sistemas objetivo. Pero, además, la planificación de proyectos debe resultar cómoda y la resolución de problemas (debugging) debe ser sencilla. A principios de los 90 se constituyó una base uniforme para ello con la norma IEC 61131, en la que se basan todos los controladores actuales. La norma se redactó, esencialmente, para los controladores puramente electromecánicos que existían por aquel entonces, y que se basaban en tecnologías de relés y control mecánico.

Con la irrupción de la electrónica en la automatización, muchos fabricantes desarrollaron controladores lógicos programables (PLC) conformes con la norma. Esos equipos supusieron un avance considerable para los usuarios en términos de simplificación. Ahora bien, algunos usuarios seguían “atados” a uno u otro fabricante de PLC. Era lógico desarrollar funciones de control normalizadas y una solución de software. Aquello llevó al Soft PLC CODESYS, que se ha implantado en todo el mundo.

Hoy día, el software de control CODESYS, normalizado conforme a la norma IEC 61131-3, es una herramienta de automatización ideal —y madura— con un gran número de funciones y métodos predefinidos a disposición de los desarrolladores de aplicaciones. Igualmente, se han implantado métodos de programación modernos. Una vez que se ha creado y probado una aplicación, se traduce a código máquina mediante un compilador y se transfiere al sistema de automatización de destino.

3. ¿Qué beneficios aporta la tecnología de medición de alta calidad?

El mercado demanda nuevos productos con más funcionalidad y más calidad... en menos tiempo. El desafío para los fabricantes consiste en utilizar en el entorno de producción componentes de pruebas de medición previamente testados, con la finalidad de cumplir requisitos de calidad y, sobre todo, de reducir los plazos para llegar al mercado. El desarrollo y la construcción de prototipos requiere tecnología de medición de alta precisión con una clase de precisión de 0,05 o mejor, además de altas frecuencias de muestreo que permitan medir y documentar hasta los cambios más mínimos en los objetos de medida. Esa es la única manera que existe de caracterizar con exactitud las prestaciones y la calidad de los productos, y de garantizar la reproducibilidad. Y, para conseguirlo, los instrumentos de medida deben tener la calidad de medición y de señal apropiada.

En otras palabras, cuanto mayor es la demanda de calidad en un producto final y en los sistemas de calidad, más precisos deben ser los sistemas de sensores y la adquisición de mediciones. Los controladores lógicos programables (PLC) no pueden ofrecer la calidad necesaria. Los requisitos son tan exigentes que solo están al alcance de amplificadores de medición como PMX, con alta resolución de señal (24 bits) y una etapa de acondicionamiento insensible a las señales parásitas. El método de frecuencia portadora, en el que la señal de medición pasa primero por un proceso de modulación y después se amplifica, es el más recomendable para estos fines. Con ello se eliminan los efectos de interferencias inducidos por el sistema, como las corrientes parásitas de alterna o las tensiones termoeléctricas.

Importante: Todos los canales de medición, independientemente de su configuración, se graban con una frecuencia de muestreo de 19.200 Hz. El sistema de medición PMX completo ofrece un rendimiento general de 400.000 valores medidos por segundo, un nivel que no está al alcance de los PLC (controladores lógicos programables) convencionales. Esta cifra pone al descubierto los límites de los sistemas basados en PLC, que ya no son aptos para efectuar labores de medición y control de alta calidad.

Por otro lado, el sistema de adquisición de datos PMX cuenta con distintas interfaces que pueden utilizarse en función de la aplicación. Por ejemplo, se puede emplear Ethernet para la adquisición de datos de medición a través del ampliamente aceptado protocolo TCP/IP, guardando grandes volúmenes de datos en un sistema de evaluación externo. PMX también puede utilizar sistemas de bus de campo con capacidad de tiempo real, como CAN, EtherCat, Profinet y Ethernet/IP, con fines de automatización. Pero es que, además, la capacidad multicliente de PMX permite utilizar todos los datos y la información de diagnóstico en paralelo en todas esas interfaces. Esta combinación es única en el mundo de la automatización y ahorra recursos considerables a los usuarios en los proyectos de planificación y las aplicaciones de creación.

4. ¿Qué aportan las funciones inteligentes a la tecnología de pruebas y producción?

Los usuarios y los operarios de sistemas conocen la utilidad práctica de los dispositivos inteligentes y los utilizan a diario. Ahora, PMX lleva por primera vez esa utilidad a la tecnología de pruebas y medición, con una solución tecnológica y un software hasta ahora solo disponibles en los smartphones y las tablets. Y con interfaces estándar que también proporcionan un cómodo acceso a todos los parámetros del dispositivo, con fines de configuración, funcionamiento y análisis, desde cualquier terminal con acceso a Internet. Resultado: una seguridad máxima de la inversión, adaptable al futuro, para los usuarios de PMX.

El software PMX basado en navegador es una nueva cota de referencia en cuanto a prestaciones y facilidad de manejo. Todo lo que el usuario necesita para manejar el software es un dispositivo terminal con acceso a Internet. El navegador web del dispositivo proporciona un acceso rápido y sencillo a todos los datos de medición, diagnóstico y producción, para labores de mantenimiento y reparación o para llevar a cabo procesos de evaluación.

Mejora de la fiabilidad del proceso: tres niveles de usuario diferenciados, con sus correspondientes permisos, garantizan la máxima protección contra el acceso no autorizado a PMX y a todos los procesos. De esta forma se eliminan instalaciones de software adicionales, que siempre resultan laboriosas y que pueden dar lugar a errores. La combinación de tecnologías de Internet y Ethernet también facilita un mantenimiento remoto económico. Los administradores y los usuarios de producción se benefician de todos estos elementos.

El navegador web de PMX se maneja muy fácilmente desde una pantalla táctil.

5. Conceptos sobre automatización moderna para instalaciones de pruebas y producción con diagnosis eficiente

Como ya hemos dicho antes, los lenguajes de control normalizados basados en IEC 61131-3 son un estándar mundial en la automatización de procesos y fábricas. En última instancia, todos los PLC se basan en ellos. Por ejemplo, los sistemas de fabricación de prensas, los de impresión de libros y revistas, o los de producción de muebles y componentes para vehículos a motor.

Ahora, el amplificador de medición PMX de HBM incorpora una unidad de control integrada para aplicaciones en tiempo real; se basa en la plataforma de software CODESYS V3, de 3S y en el sistema de programación IEC 61131-3. PMX soporta todos los lenguajes de programación de este sistema IEC. Por primera vez, PMX combina tecnología de medición premium exenta de ruido y tecnología de control normalizada a escala internacional. Abre nuevas soluciones de automatización a los usuarios, incluida visualización web. También incluye herramientas en forma de recursos estándar que aseguran una codificación eficiente.

Entre las aplicaciones adicionales destacan las de automatización energética, automatización móvil, automatización integrada y automatización de edificios. En estos casos, PMX se emplea para controlar pequeños sistemas de captación de energía solar, plantas hidroeléctricas, control integrado de pesaje y llenado, sistemas métricos, iluminación y monitorización de controles de climatización. CODESYS, una completa suite de software de tecnologías de automatización, incluye todo lo que necesitan los usuarios para programar, configurar buses de campo y entradas y salidas, visualizar, controlar movimiento y otras tareas; incluso plug-ins personalizados, en forma de funciones y librerías.


Software de desarrollo CODESYS y visualización web

 

PMX incorpora los módulos individuales siguientes:

Ingeniería CODESYS:

Diseño profesional de aplicaciones IEC 61131-3 para especialistas e ingenieros de software, en una plataforma ampliable. El lenguaje de programación tipo texto estructurado (ST - Structured Text), en concreto, es en su mayoría equivalente a los lenguajes de alto nivel, como C/C++. Además, de funciones auxiliares como Intelli-Sense, AutoComplete y detección de errores de sintaxis, incorpora también programación orientada a objetos. Está ganando popularidad rápidamente entre programadores innovadores que necesitan crear y gestionar código de programación en plazos de tiempo cada vez más cortos. También incluye herramientas en forma de recursos estándar que aseguran una codificación eficiente. Por ejemplo, funciones y librerías, control de código de programación estático para análisis de código, un profiler para optimización de código y un administrador para generar scripts de prueba para el código del programa. 

Bus de campo CODESYS:

Compatibilidad integrada en la herramienta IEC 61131-3 (es decir, PMX soporta la interfaz CANopen, todavía muy utilizada). Puede recibir datos (CAN master) o enviar datos CAN (modo SDO/PDO). Esa funcionalidad permite integrar módulos de campo adicionales basados en CAN de forma flexible en PMX, y adaptarlos a los requisitos oportunos. Las señales o valores medidos pueden medirse a través de CAN, y controlar y regular los actuadores por medio de la interfaz CAN.

Visualización CODESYS:

Creación de interfaces profesionales de visualización, totalmente integradas con el sistema de programación del PLC. Visualización en el dispositivo objetivo, en un PC o en el navegador web. CODESYS contiene una extensa librería de elementos de visualización y control, con un diseño moderno, en el que los usuarios pueden seleccionar los elementos que se ajustan exactamente a los requisitos de su aplicación. Es posible cambiar la totalidad de la visualización con solo cambiar la hoja de estilos. Los usuarios pueden, además, crear sus propios estilos, adicionalmente a los predefinidos.

Tienda CODESYS:

Tienda online en la que los programadores pueden elegir entre una variada colección de programas ejecutables y librerías. El código de la tienda —que está gestionada por 3S— se ha sometido a pruebas exhaustivas antes de su publicación. Los usuarios pueden publicar su propio código y decidir si se encuentra disponible gratis o si los demás usuarios tienen que pagar por utilizarlo. Esta es una manera muy eficiente de ahorrar tiempo y ampliar la funcionalidad; además, tiene un formato similar al de las tiendas de aplicaciones del mercado de consumo, con el que los usuarios ya están familiarizados.

Seguridad CODESYS:

Para muchas empresas, la protección del conocimiento es una prioridad de primer orden, que incluye soluciones de software. En este sentido, el CODESYS integrado en PMX ofrece varias posibilidades. Una de ellas es el “proyecto de aplicación”, que consiste en encriptar los ficheros y librerías de proyecto con contraseñas o con una llave de seguridad CODESYS (un dongle USB).

Otra es la gestión a cargo de usuarios específicos dentro de un proyecto de módulos individuales de programa. Una tercera posibilidad consiste en utilizar perfiles de usuario definibles en el dispositivo de destino (PMX) para administrar la protección de acceso a las aplicaciones, la unidad de control y la visualización. Otros métodos que también resultan efectivos pasan por encriptar la aplicación de arranque o las comunicaciones entre las aplicaciones que se encuentran en funcionamiento.
 
PMX incluye un licencia de CODESYS con el dispositivo básico WGX001. El CD que se suministra contiene el software de desarrollo CODESYS V3.5, el paquete PMX correspondiente y una colección de programas de muestra de utilidad para generación de código, visualización web e integración de módulos CANopen. HBM proporciona a los usuarios todo lo que necesitan: una cadena de medida completa y una solución de software adaptada. Los expertos de HBM evalúan la tarea y gestionan el proyecto: desde la creación del programa hasta la aplicación terminada, con toda la documentación necesaria.

PMX con control CODESYS y visualización web
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