IIoT y PLC: Coexistencia, no confrontación

El Internet Industrial de las Cosas promete rediseñar la maquinaria, reorganizar los procesos y aprovechar el poder del big data para mejorar la productividad y la rentabilidad. Según algunos, las arquitecturas y dispositivos conocidos, como los controladores lógicos programables (PLC) podrían desaparecer. Una opinión alternativa es que la explosión de la recogida de datos impulsará un movimiento hacia un número aún mayor de dispositivos más pequeños, como los micro o nano PLC, que pueden desplegarse casi en cualquier lugar de la fábrica.

Big data; ¿una nueva idea?

El Internet Industrial de las Cosas se basa en la recopilación de grandes cantidades de datos de procesos y equipos para su análisis intensivo en la nube. El objetivo es potenciar la reoptimización y reorganización de los procesos, persiguiendo mejoras como la reducción de los residuos y una respuesta más rápida a las demandas de los clientes. Las fábricas de la cuarta revolución industrial (Industria 4.0) contarán probablemente con muchos miles de sensores repartidos por los equipos y las zonas de trabajo, que informarán de aspectos tan diversos como las corrientes y vibraciones de los motores, la temperatura y la humedad del ambiente, las mediciones de las pruebas e inspecciones del producto final, los números de serie, los números de lote y las marcas de tiempo.

El éxito de la Industria 4.0 requiere que estos miles de canales de datos se recojan de forma eficiente en la Nube para ser almacenados, priorizados, agrupados y analizados y, en última instancia, transformados en instrucciones mejoradas para ser comunicadas a las máquinas, e información para impulsar decisiones empresariales inteligentes. Se espera que el diseño de la maquinaria, los sistemas de control y las redes de comunicación de las fábricas cambie de forma significativa, lo que podría suponer una amenaza para los dispositivos actuales, como los controladores lógicos programables (PLC), que hasta ahora han dominado las tareas de recogida, procesamiento y control de datos en la automatización convencional.

El deseo de recopilar más datos para mejorar el rendimiento de la fabricación y ayudar a la toma de decisiones empresariales no se originó con la Industria 4.0. Desde mucho antes de la nube, las empresas han intentado recopilar cantidades cada vez mayores de datos de los equipos y automatizar los intercambios entre la planta de producción y los sistemas analíticos de back office. El PC industrial (IPC) es un ejemplo de un concepto que surgió para permitir la automatización basada en PC con las ventajas de un flujo de datos sin fisuras hacia y desde los responsables de la toma de decisiones en la LAN corporativa. Sin embargo, el PLC conserva varias ventajas, como los ciclos de vida largos y la alta fiabilidad, y también ha evolucionado para satisfacer las necesidades del mercado aumentando la capacidad de procesamiento, proporcionando funcionalidad adicional e incorporando estándares basados en el PC.

Confrontación

La proliferación de sensores y otras actividades de recopilación de datos en las fábricas de la próxima era industrial podría desbordar las capacidades de los actuales PLC. Algunos sugieren que los datos de los sensores se recojan directamente en la nube utilizando un protocolo ligero como MQTT (Message Queuing Telemetry Transport). Una ventaja importante para el entorno de fabricación actual, rico en datos, es que MQTT puede evitar grandes cantidades de datos invariables, que pueden atascar las redes cuando se utilizan protocolos convencionales de encuesta/respuesta. El modelo de publicación/suscripción de MQTT permite a los sensores inteligentes publicar sólo los datos nuevos para los dispositivos configurados para recibirlos. Se sabe que algunas importantes plataformas sociales y de IoT para consumidores están aprovechando las bajas demandas de ancho de banda, la baja latencia y el bajo consumo de energía del protocolo. MQTT es muy adecuado para su uso en sistemas de control y los módulos MQTT podrían proporcionar una ruta para el envío de datos IIoT directamente a la Nube. Esto ofrece un medio práctico para manejar los datos generados por el gran número de sensores distribuidos por la fábrica conectada.

Coexistencia

Como alternativa, el PLC centralizado convencional podría sustituirse por múltiples PLC más pequeños que se colocan más cerca de los sensores que supervisan y de los mecanismos que controlan. Los micro o nano PLC diseñados para comunicarse como parte del IIoT están surgiendo para cumplir este tipo de función, proporcionando canales de E/S en un espacio reducido con opciones de expansión modular.

Crouzet aprovecha esta oportunidad con su familia de nano PLC em4, como el em4 Ethernet. La em4 mide 124,6 x 90 mm y ofrece una selección de salidas analógicas y digitales de E/S y de relé. También hay disponibles módulos de expansión de E/S digitales y analógicas, que aportan flexibilidad para adaptarse a instalaciones grandes o pequeñas. Se puede programar o depurar desde cualquier punto de la red local, y puede conectarse a Internet a demanda sin necesidad de módulos adicionales (Figura 1). Como medio práctico para recoger datos de los sensores, el em4 puede enviar simples registros de datos programados por correo electrónico o FTP, o enviar alertas por correo electrónico bajo el control del programa de aplicación. Puede comunicarse con hasta dieciséis dispositivos de la red y detectar automáticamente hasta ocho unidades em4 conectadas. Una pantalla monocromática de 18 x 4 y un teclado de 6 botones ofrecen la posibilidad de gestionar el PLC directamente desde su panel frontal.

Figura 1: El PLC em4 Ethernet nano se conecta fácilmente a otros equipos de la red LAN o de Internet.

Panasonic dispone de un PLC ultracompacto que ocupa poco espacio y es adecuado para la supervisión y el control distribuidos, o para la miniaturización de equipos. La serie FP0R tiene 90 mm de alto y 25 mm de ancho, y proporciona E/S que incluyen salidas de pulsos que permiten el control de motores multieje. Se pueden añadir hasta tres módulos de expansión. La memoria FeRAM integrada proporciona una copia de seguridad automática de los datos sin necesidad de pilas, lo que permite apagar el equipo sin perder los datos. El PLC puede compartir información con hasta dieciséis dispositivos similares a través de un PLC-Link conectado a una red Ethernet mediante un módulo FP Web Server 2. Otras características para el control del motor son los contadores y las salidas PWM. Los módulos CC_LINK e IO/LINK conectables que utilizan los protocolos más conocidos ofrecen una flexibilidad adicional para la conexión en red y la supervisión de los sensores. El Crouzet em4 y el Panasonic FPOR se programan con el software de programación estándar del fabricante.

Maxim Integrated se propuso ofrecer más rendimiento en un volumen mucho menor que el PLC tradicional con su plataforma Micro PLC (Figura 2). Los módulos ES digitales y analógicos del micro PLC, como el módulo de salida analógica de 0 a 10 voltios MAXREFDES60, caben en un espacio del tamaño de una tarjeta de crédito. Este factor de forma permite a los desarrolladores conseguir una conectividad comparable a la de un PLC estándar en aproximadamente el 10% del espacio y con la mitad de energía. Hay otros módulos Micro PLC disponibles, como un módulo de entradas analógicas de 4 canales, módulos de entradas y salidas digitales de 8 canales y una tarjeta de comunicaciones RS-485. Todos vienen con código fuente en C de ejemplo y datos de prueba para ayudar a acelerar la implementación de la próxima generación de PLC compactos listos para la Industria 4.0.

Figura 2: El micro PLC de Maxim Integrated es una plataforma modular compacta que permite al usuario seleccionarfv entre una gama de tarjetas de E/S del tamaño de una tarjeta de crédito.

Conclusión:

Los PLC han evolucionado a lo largo de la historia de la automatización industrial para proporcionar un medio fiable y resistente de supervisar y controlar los procesos y los equipos. Al adaptarse a las demandas del mercado y a los nuevos estándares de conectividad y comunicación, el PLC sigue siendo ampliamente utilizado por los diseñadores de equipos industriales y fábricas. Los últimos factores de forma micro y nano deberían asegurar la posición del PLC en la IIoT y en el corazón de la Industria 4.0.