Internet industrial de las cosas. La automatización de su fábrica, por buen camino

Los requisitos necesarios para automatizar la producción son cada vez más exigentes. La calidad debe ser mayor y los ciclos deben tener tiempos más cortos. Para ello, hay que medir más valores y procesarlos más deprisa. Para reducir la carga sobre el controlador central, se recurre de forma creciente a soluciones de inteligencia descentralizada, incluso en el sector de equipos industriales de pruebas y medición. ¿En qué tecnología se puede confiar?

La adquisición de datos moderna debe ser potente, flexible, sencilla de manejar y fácil de integrar. Por otro lado, los sensores y los sistemas de medición ya forman parte del Internet industrial de las cosas (IIoT). Por tanto, son la clave para mejorar la eficiencia en la producción. A partir de los datos que se obtienen de los componentes, las plantas de producción y los sistemas de pruebas, se pueden crear modelos dinámicos, que sirven de base para la optimización.

Las máquinas antiguas están dejando paso a nuevas tecnologías...
En los albores del Internet industrial de las cosas, los sistemas de automatización inteligentes se hacen cargo de tareas importantes...
Las personas intervienen menos en el proceso de producción. Su labor consiste en llevar un seguimiento y tomar decisiones. (Todas las imágenes, por cortesía de la Universidad Politécnica de Darmstadt)

Los criterios siguientes son decisivos a la hora de seleccionar la tecnología más adecuada para automatizar la producción

Rapidez y precisión

Se están desarrollando sistemas de adquisición de datos a velocidades vertiginosas, con el fin de dar respuesta a los requisitos de la industria. La adquisición de datos medidos, su procesamiento adicional y la transferencia a controladores de nivel superior se llevan a cabo a velocidades cada vez mayores. Por ejemplo, ya es posible trabajar con frecuencias de muestreo de hasta 19,2 kHz en todos los canales. Al mismo tiempo, los amplificadores con resolución de 24 bits son capaces de garantizar una exactitud extremadamente alta de los datos medidos, con una clase de precisión de 0,05%.

Comunicaciones

Las comunicaciones con un PC u otras unidades empleadas con fines de configuración o visualización se realizan a través de Ethernet de alta velocidad. Los datos medidos se pueden transferir a velocidades de hasta 100 Mbit/s. Por otro lado, el sistema de adquisición de datos dispone de un puerto USB, que puede emplearse para almacenar configuraciones en una unidad flash y recuperarlas más tarde (por ejemplo, para copia de seguridad del dispositivo). También es posible conectar periféricos —como pueden ser discos duros o lectores de códigos de barras— para guardar, por ejemplo, datos sobre calidad que incluyan identificación de los componentes individuales.

Adaptabilidad

La flexibilidad es fundamental. El número de canales y la selección de las interfaces dependen de la tarea que deseemos realizar. Por ello, los amplificadores modernos consisten en un chasis que pueden equiparse con distintos módulos insertables y utilizarse en una gran variedad de situaciones. La primera ranura se reserva a una tarjeta de comunicaciones que facilita la integración con un sistema de automatización de nivel superior. Las demás ranuras quedan disponibles para conectar amplificadores de cuatro canales (cada uno) y distintas combinaciones de tarjetas de entrada/salida.

HBM dispone de diferentes módulos para amplificadores, compatibles con galgas extensométricas, entradas y salidas analógicas, y salidas digitales. Estos módulos permiten adquirir las magnitudes físicas más habituales, como fuerza, par, presión, deformación, temperatura, etc. Y todos ellos reciben alimentación a través del chasis.

Inteligencia

En las aplicaciones industriales, los equipos de pruebas y medición deben ser capaces de integrarse sin dificultad en los protocolos de comunicaciones de los sistemas de automatización. En los últimos años, los requisitos de volumen y velocidad de los datos han aumentado notablemente; por ello, Ethernet industrial se ha convertido en un protocolo de comunicaciones muy popular dentro del sector de la tecnología de automatización. En el pasado, bastaba con utilizar un bus de campo como CAN o Profibus. Hoy día —y en el futuro—, los sistemas de adquisición de datos deben ser compatibles con los protocolos de Ethernet en tiempo real, como EtherCAT, Profinet o Ethernet/IP, que son capaces de transferir grandes volúmenes de datos a velocidades muy altas.

Los amplificadores ya son capaces de procesar internamente las señales medidas y analizarlas en tiempo real. En otras palabras, ahora, el amplificador desempeña algunas de las labores de las que anteriormente se encargaba el controlador de alto nivel, como es el cálculo de valores medios, la determinación de valores pico y otras operaciones matemáticas, aparte del control PID.

Además de los canales que ofrece el sistema de adquisición de datos, el usuario tiene también a su disposición los llamados “canales virtuales” de cálculo. Con la ayuda de procesadores de señales potentes, todos los valores medidos y sus valores derivados —obtenidos mediante los canales virtuales de cálculo— se pueden transmitir al controlador de las máquinas o del sistema en tiempo real, a velocidades de hasta 10 kHz. Esta inteligencia descentralizada de los equipos de pruebas y de medida resulta vital en las aplicaciones con un alto grado de automatización, para reducir la frecuencia de fallos y las sobrecargas del controlador.


¿En qué aplicaciones resultan más adecuados los sistemas de medida descentralizados?

Las aplicaciones típicas de los sistemas de medida descentralizados —como PMX, de HBM— están en el campo de la producción. Por ejemplo, la monitorización de prensas; desde las prensas para polvo y comprimidos hasta las prensas de chapa metálica que se emplean en la industria del automóvil. Igualmente, estos sistemas resultan ideales para monitorizar procesos de montaje e inserción.

En las máquinas y plantas grandes y complejas, es preciso llevar un seguimiento estrecho de una serie de parámetros importantes. Esta “monitorización del estado” ayuda a minimizar las paradas y, por tanto, reduce los costes que acarrean los cortes en la producción. Otra aplicación típica son los bancos de ensayos industriales, en los que se hacen pruebas de componentes complejos para determinar su capacidad máxima de carga y su idoneidad para las funciones que deben desempeñar. En este campo, el Ethernet industrial también se ha impuesto en los últimos años. Lo mismo se puede decir de los bancos de ensayos de calidad, cuya misión consiste en efectuar controles de calidad al final de la línea de producción. Los datos sobre calidad que se adquieren se guardan en una base de datos, lo cual impone requisitos más exigentes a la arquitectura de comunicaciones de los equipos de pruebas y medida.

PMX
Software PMX

Manejo cómodo

Los operadores de sistemas saben lo cómodos que resultan los dispositivos inteligentes, y los utilizan a diario. Ahora, los amplificadores modernos están introduciendo esa misma comodidad en el campo de los equipos de pruebas y medida, con software y tecnologías de usuario intuitivas, similares a las que hasta ahora solo ofrecían 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 web. El resultado es una seguridad máxima de las inversiones y una garantía de viabilidad futura para los usuarios, con posibilidad de supervisar las aplicaciones a través de terminales móviles o en la nube.

Rumbo al IIoT

Las posibles aplicaciones son innumerables: desde algo tan sencillo como visualizar desde un smartphone o tablet los datos que obtiene un instrumento de medida, hasta la verificación de bancos de pruebas inteligentes a través de una red corporativa. O la monitorización remota de aerogeneradores a través de internet. Aparte de la visualización de datos pura y dura, se pueden introducir elementos de control que proporcionen al usuario la posibilidad de intervenir directamente en la producción de forma remota. Por ejemplo, para iniciar o detener un proceso. Con todas estas tecnologías, los usuarios pueden explotar al máximo las posibilidades de la producción inteligente:

  • Descentralización, mediante sistemas de producción que se regulan y optimizan por sí solos.
  • Fabricación más flexible de productos individuales, en los que un lote de una sola unidad no resulte más complicado que una producción en serie.
  • Procesos de producción inteligentes, que se puedan monitorizar y adaptar desde una ubicación centralizada.
  • Mantenimiento predictivo de máquinas y robots en producción.
  • Generación de nuevos modelos de negocio orientados al servicio.

Conclusión

El empleo de tecnologías asociadas al Internet industrial de las cosas puede ayudar a las empresas a superar retos globales, atender demandas más exigentes de sus clientes y hacer desarrollos más dinámicos. El hecho de integrar los productos y los procesos en una red inteligente, y de disponer de datos de forma transparente y en tiempo real, pone las bases para un control descentralizado de la producción. A su vez, eso abre la puerta a una producción más flexible y, por tanto, eleva la competitividad. Los equipos de pruebas y medición que se emplean en los entornos industriales modernos deben cumplir requisitos exigentes: alta velocidades de muestreo, transmisión rápida de datos e inteligencia integrada (procesador de señales digitales y CPU).

Las comunicaciones mediante protocolos de Ethernet industrial en tiempo real, capaces de transmitir grandes volúmenes de datos, tienen también una importancia cada vez mayor. PMX es un sistema de adquisición de datos que cumple todas estas especificaciones. Por ello, resulta adecuado para una inmensa variedad de tareas con equipos industriales de pruebas y medida, con fines de desarrollo de productos y pruebas. Además, a efectos de documentación, todos sus módulos se complementan con protocolos de calibración DAkks (organismo nacional de homologación de la República Federal de Alemania).