Top conectividad industrial y digital

Por Lisa Eitel | 4 de marzo de 2023

Los dispositivos de borde de automatización discreta incluyen actuadores, sensores y componentes de conectividad, como puertas de enlace y controladores montados en motores. Muchos de estos componentes cuentan con capacidades computacionales para minimizar el ancho de banda de datos y los problemas de latencia asociados con las versiones heredadas de control centralizado. Su instalación en los confines más lejanos de los equipos automatizados significa que su potencia de procesamiento está situada para filtrar y analizar datos antes de enviarlos a los controles centrales o sistemas en la nube conectados. Pero como señalan nuestros panelistas de Tendencias 2023, la utilidad de dichos componentes depende en última instancia de su interoperabilidad con varios sistemas de máquinas.

Juntas, la inteligencia artificial (IA) de NVIDIA y las herramientas de automatización industrial de Siemens ahora permiten un metaverso industrial para la generación de gemelos digitales. Más específicamente, las empresas han conectado la plataforma empresarial digital abierta Siemens Xcelerator y la plataforma de diseño 3D NVIDIA Omniverse para modelos digitales basados ​​en física e IA en tiempo real para ayudar a las empresas a tomar decisiones más rápidas e informadas para impulsar la productividad. Agregar Omniverse al ecosistema de socios de Xcelerator está acelerando el uso de gemelos digitales.

Imagen: NVIDIA

Richard Johannes | Director de ingeniería e innovación • LEMO USASteven Lassen | Gerente de Productos y Aplicaciones • LEMO USASandro Quintero | Desarrollo de negocio para la automatización eléctrica • FestoWill Morris | Gerente de categoría • RS Americas Inc.Chris Gumas | Director de marketing • Ruland ManufacturingPaul Thompson | Vicepresidente de ingeniería de soluciones • MatterportPamela Kan | Presidente y propietario • Bishop-Wisecarver Corp.Chris Gottlieb | Director — Accionamientos y controles • KollmorgenJonathan Schroeder | Vicepresidente ejecutivo • PBC LinearBill Paczkowski | Gerente senior de producto para PACEdge • EmersonPramit Nandy | Gerente de marketing de productos — División de microcontroladores de 16 bits • Microchip TechnologyTim Sharkey | Director de gestión de mercado para la automatización eléctrica • FestoBiren Patel | Responsable de desarrollo empresarial: soluciones de movilidad • maxon

Quintero: La pandemia, la escasez de chips y los problemas en la cadena de suministro han obligado a los usuarios finales a ser más receptivos a trabajar con varios proveedores de control y no estandarizarse con uno solo. La apertura a especificar controladores de una variedad de proveedores se está extendiendo por la comunidad OEM. Un día un OEM puede trabajar en un sistema Rockwell, al día siguiente Siemens y al día siguiente Beckhoff y Omron. La respuesta de Festo ha sido desarrollar soluciones multiprotocolo de próxima generación. Por ejemplo, nuestro nuevo servodrive admite EtherNet/IP, PROFINET, EtherCAT y Modbus TCP. Los OEM se benefician de tener una unidad multiuso y no tener que poner en marcha una unidad para cada protocolo. Una sola serie reduce la curva de aprendizaje de un OEM a un solo sistema, reduce sus requisitos de inventario y simplifica el soporte.

Patel: Las mejoras en el diseño de PCB y los conectores de alta densidad han permitido a maxon desarrollar controladores de microposición de bajo perfil. El micro EPOS4 de maxon puede proporcionar 5 A de forma continua y 15 A de pico y está disponible con comunicación CAN o EtherCAT.

Gottlieb: Kollmorgen pertenece a los grupos globales ODVA y EtherCAT, así como a ZVEI en Alemania. Hacemos festivales para probar regímenes dentro y fuera de los grupos, y diré que la interoperabilidad es realmente importante, porque los ingenieros de diseño tienen opciones. La colaboración entre productos y especificaciones ayuda a los usuarios a maximizar la eficiencia del desarrollo y la producción. Por lo tanto, un fabricante de máquinas puede utilizar un servovariador con diferentes opciones de protocolo, con una única experiencia de programación, sin importar el protocolo, para mejorar el tiempo de comercialización del OEM.

Tiburón: Los usuarios finales nos dicen que los beneficios de los componentes multiprotocolo se extienden a través de sus organizaciones al hacer que el inventario, la capacitación, los esquemas de las máquinas, el cableado y los números de piezas sean más eficientes. Una única serie de servovariadores y E/S descentralizadas de próxima generación les ayudan a satisfacer de forma más eficaz una amplia gama de requisitos de los clientes. Por ejemplo, los últimos servoaccionamientos de Festo vienen con una biblioteca de software de bloques de funciones. Con PLCopen y otros estándares, el OEM pone en servicio el variador de la misma manera para diferentes PLC. Esto ahorra tiempo y reduce el riesgo de errores de programación.

También se puede acceder a los nuevos accionamientos de Festo a través de un navegador web estándar. En máquinas con varias unidades, los OEM programan la unidad una vez y luego se utiliza el mismo archivo para configurar los archivos restantes cargando un archivo de parámetros a través de un navegador web. Los operadores pueden ver el funcionamiento de la unidad a través del navegador web; Los problemas de programación se pueden manejar de forma remota y los operadores remotos también pueden guiar al personal de mantenimiento que trabaja en los variadores.

En Design World, utilizamos muchos ejemplos que involucran automatización discreta para ilustrar las posibilidades de DX. Aquí, los controles de movimiento inteligentes funcionan aceptando retroalimentación de sensores, interruptores y codificadores y sirviendo como (o activando la acción amplificadora de señal (amplificador) de los controles de motor, todas funciones tradicionales. También cumplen una función adicional de conectar máquinas a nivel empresarial. sistemas.

Capaz de: Somos miembros desde hace mucho tiempo de la Asociación de Distribuidores de Transmisión de Energía (PTDA) y de la Asociación para la Distribución de Alta Tecnología (AHTD). Estos grupos han creado estándares industriales que facilitan los negocios. Más recientemente, nos unimos a la Association for Advancing Automation (A3) para brindar un mejor servicio en todas las áreas de la automatización.

gomas: Ruland ha sido miembro de la PTDA durante muchos años. La asociación anunció recientemente que otorgará licencia para el estándar de intercambio de información de productos (PIE) de la Asociación de Especialistas en Rodamientos (BSA) para rodamientos y agregará categorías para collarines y acoplamientos de eje. La normalización de los datos es fundamental para que los fabricantes se comuniquen con los distribuidores, los OEM y los usuarios finales en la economía actual.

Por ejemplo, en nuestra línea de acoplamientos, el tamaño del orificio puede denominarse orificio, diámetro interno o tamaño del eje. En el lenguaje cotidiano, estos términos son intercambiables. En Internet, estos son tres términos diferentes. Cuando Ruland trabaja con un distribuidor, este puede utilizar el término tamaño de eje y Ruland puede utilizar diámetro interior. Mapear términos análogos (incluso para atributos sencillos) puede requerir una intervención humana significativa. Tenemos más de 500 atributos en Ruland, cualquiera de los cuales puede presentar este desafío.

El PIE busca normalizar el lenguaje de nuestra industria, para que todos trabajen desde la misma plantilla. Pronto, los fabricantes podrán crear un mapa para exportar sus datos de gestión de información de productos (PIM) al estándar PIE; luego, los distribuidores, OEM y usuarios finales podrán crear un mapa para importar datos a su PIM. La normalización mejorará significativamente la eficiencia de los ingenieros, el personal de mantenimiento y el personal de distribuidores que utilizan estos datos en su trabajo diario.

Quintero: La proliferación de arquitecturas de control también está impulsando una mayor adopción de estándares internacionales. Festo, por ejemplo, es miembro de la comunidad PLCopen y ha adoptado el estándar IEC 61131-3 para lenguajes de programación como texto estructurado, diagrama de escalera y diagrama de funciones continuo, así como control de movimiento. Creemos en un mundo multiprotocolo de múltiples proveedores, estándares como 61131-3 benefician a todos con menos tiempo de ingeniería y mayor facilidad de uso.

Imagen: Festo

Al imaginar una instalación de automatización discreta, muchos ingenieros evocan la pirámide tradicional de automatización y comunicaciones. Dichas arquitecturas incluyen intercambios de datos entre sensores a nivel de campo y capas de implementación superiores con comunicaciones entre controles, todo ello en última instancia vinculado al pináculo del nivel empresarial. Pero varias tecnologías han facilitado sistemas distribuidos e inteligentes con estructuras de comunicación de maquinaria más planas:

• El software actual (junto con aplicaciones industriales similares a las de los dispositivos móviles de consumo) • Opciones más nuevas, como los servicios en la nube, como un ejemplo de redes. • Hardware como los controladores de automatización programables (PAC) y los dispositivos de campo inteligentes, como dos ejemplos de componentes.

Como explican nuestros panelistas, estas tecnologías han cambiado la estructura de la fábrica inteligente durante la última década.

¿Qué otras tendencias de conectividad y fábricas inteligentes ha visto durante el último año?

Juan: Existe un importante impulso para proporcionar protocolos Ethernet y USB a través de interconexiones personalizadas robustas (no conectores estándar) para diseños médicos, industriales, aeroespaciales y automotrices. Estos se ven desafiados por la necesidad de soportar longitudes de transmisión mucho más largas que las que satisfacen los sistemas basados ​​en cobre. Por lo tanto, se están aplicando técnicas de no retorno a cero (NRZ) y de modulación de amplitud de pulso (PAM) para minimizar la atenuación y el impacto del cobre en la integridad de la señal. LEMO cuenta con sistemas y conectores circulares en miniatura resistentes que admiten protocolos USB 3.1 y Ethernet para entornos severos.

Quintero: Las nuevas E/S descentralizadas de Festo son independientes del protocolo de comunicaciones y ofrecen una arquitectura unificada para movimiento eléctrico y neumático, señales digitales y analógicas y capacidades IIoT. Tiene una gran capacidad para componentes. Las E/S descentralizadas también permiten una distancia significativa entre los componentes, lo que acerca las válvulas neumáticas al punto de actuación y mejora el tiempo de respuesta de los actuadores neumáticos. Además, las E/S descentralizadas se pueden ubicar dentro o fuera de un gabinete de control.

Tiburón: Los controladores son cada vez más pequeños y potentes. Esto significa que tienen capacidades de E/S limitadas. Dichos controladores se benefician de E/S descentralizadas con comunicación de un solo cable con el PLC para las E/S del sistema. Además, las E/S descentralizadas pueden ayudar a reducir el tamaño de los paneles de control al permitir montar una mayor cantidad de componentes en la máquina.

Gottlieb: Los controladores de movimiento siguen siendo tan necesarios como siempre. Nuestro controlador PCMM impulsado por Kollmorgen Automation Suite cuenta con un maestro EtherCAT multieje; admite cinco lenguajes de programación para satisfacer a cualquier ingeniero de controles; permite seis entradas digitales y dos salidas digitales; y permite la adición de E/S extensibles. El precio de la PCMM la hace adecuada para máquinas de un solo eje y máquinas más complejas de hasta 20 ejes.

Dejar: Cuando se alcanza la velocidad de datos máxima del cobre, es necesaria la transición a la fibra óptica para transmisiones de corta y larga distancia, especialmente para transmisiones de video con resolución digital 4K. Uno de los puntos de venta únicos de LEMO es su capacidad de combinar componentes de cobre (alimentación) y fibra óptica dentro de la misma carcasa de conector compacta y resistente. Esto hace que sea mucho más fácil para los usuarios finales enchufar y desenchufar un solo conector en lugar de tener que ubicar varios elementos del conector. Un eslabón débil al integrar fibra en un sistema es el cableado expuesto utilizado entre los conectores robustos. Para solucionar este problema, los cables que contienen fibras delicadas y conductores eléctricos se pueden proteger aún más con una cubierta blindada flexible. Para aplicaciones médicas que necesitan una fácil limpieza y manipulación, la cubierta blindada (en productos proporcionados por la división Northwire de LEMO) se puede extruir para proporcionar una superficie lisa.

Los conectores LEMO de entorno resistente admiten USB 3.1.

Paczkowski: Los controladores de borde y las PC industriales (IPC) de Emerson que ejecutan PACEdge admiten comunicaciones MQTT y una amplia variedad de otros protocolos industriales de tecnología operativa (OT) y protocolos centrados en TI. MQTT se ha convertido en una forma líder de transmitir datos de origen a plataformas de nivel superior, debido a sus requisitos de bajo ancho de banda y metodologías de comunicación resistentes.

Nandy: A medida que el mundo está cada vez más conectado, las aplicaciones de control de movimiento y automatización industrial, así como los controladores, se vuelven cada vez más complicados. Cada sistema se conecta a través de IIoT o comunicaciones perimetrales para intercambiar datos, informar fallas, registrar mantenimiento y ejecutar actualizaciones en vivo para mejorar y optimizar el rendimiento del sistema. No existe una solución única en este ámbito. Una solución completa incluye el software, el protocolo de comunicación, la seguridad y las soluciones de red adecuados para ejecutarse en una amplia gama de hardware y sistemas.

Paczkowski: Se pueden desarrollar nuevos equipos y proyectos con los últimos PLC/PAC, controladores de borde e IPC para garantizar que se comuniquen perfectamente entre sí y con sistemas de nivel superior. Sin embargo, existe una enorme base instalada de equipos automatizados que necesitan actualizaciones graduales. Los controladores de borde y los IPC de Emerson son adecuados para servir como plataforma para dichas actualizaciones, o se pueden superponer a elementos de automatización existentes para agregar manejo de datos moderno, conectividad remota y capacidades IIoT a equipos heredados. Las puertas de enlace son otra clase de dispositivo de borde adecuado para complementar los activos digitales existentes. Imparten la capacidad de transferir datos a recursos de nivel superior en el sitio o basados ​​en la nube. De hecho, hoy en día los ingenieros tienen muchas opciones para agregar funcionalidades de puerta de enlace (y computación avanzada) a equipos nuevos y heredados.

Emerson ofrece una cartera completamente integrada de tecnologías de hardware y software para permitir a los ingenieros realizar transformaciones digitales de equipos nuevos y heredados en todos los niveles, desde dispositivos de campo ubicados en el borde hasta paneles de control y salas de control... e incluso hasta la empresa y la nube.

Thompson: La empresa de datos espaciales Matterport es socio ISV de Amazon Web Services y figura en la red de socios de Amazon, así como en AWS Marketplace. Nuestra asociación con AWS IoT TwinMaker ha permitido:

Ahora es posible crear aplicaciones web en gemelos digitales, incluidas aplicaciones para capacitar a los empleados y aplicaciones para activar notificaciones al detectar datos anormales en el dispositivo. Con AWS IoT TwinMaker y Matterport, los usuarios pueden contextualizar los datos de los gemelos digitales, recopilar información y análisis, y acceder a réplicas en tiempo real y en series temporales de sus espacios en cualquier momento y lugar.

Cada vez más, las tecnologías de fábricas inteligentes (que complementan las arquitecturas de la Fábrica del Futuro) emplean conectividad inalámbrica como 5G y computación de vanguardia para:

• Impulsar la flexibilidad de la fabricación. • Permitir una planificación de producción adaptativa. • Predecir fallos antes de paros laborales críticos.

Estas capacidades minimizan los costos de garantía, desperdicio y tiempo de inactividad al tiempo que aumentan la seguridad de los trabajadores, preferiblemente al mismo tiempo que satisfacen los objetivos de los fabricantes de máquinas y los usuarios finales.

Paczkowski: La conectividad inalámbrica como Wi-Fi, 5G y WirelessHART se ha desarrollado rápidamente, tanto en términos de velocidad de comunicación como de protocolos disponibles. La instalación física de cableado de cobre o fibra es un gasto importante en los proyectos de automatización; Una vez instalada, la infraestructura cableada limita en cierta medida la capacidad de expansión y la flexibilidad futura. Por lo tanto, los usuarios finales están descubriendo que las tecnologías inalámbricas modernas proporcionan una buena manera de abordar muchas necesidades de redes localizadas y, al mismo tiempo, facilitan la expansión o el cambio de instalaciones en el futuro. Los productos Emerson PACSystems y PACEdge admiten tecnologías inalámbricas y métodos cableados, por lo que los usuarios tienen opciones para todas las necesidades de implementación.

J. Schroeder: Inc. Magazine ha llamado al 5G el catalizador de la cuarta revolución industrial del mundo. Una vez que las redes 5G estén funcionando a plena capacidad, creo que la industria y los consumidores verán dos beneficios clave.

En primer lugar, el mayor alcance que ofrecen las redes 5G permitirá que los datos de alta velocidad lleguen a un mayor porcentaje del mundo para más dispositivos conectados a Internet y la capacidad de pasar datos de un lado a otro a los servidores. Los agricultores, madereros, mineros, bomberos forestales y otras personas que operan en áreas remotas podrán trabajar en un mundo conectado. Esto permitirá una amplia gama de dispositivos, incluidos robots autónomos.

La segunda ventaja clave de 5G (y Wi-Fi 6 dentro de los edificios) es la alta velocidad y el ancho de banda. Las mayores capacidades de Wi-Fi 6 y 5G permitirán que los dispositivos sean más pequeños y duren más porque la mayor parte de la potencia de procesamiento requerida residirá en un servidor y los datos se transmitirán al dispositivo. Considere cómo las tecnologías de realidad virtual (VR) y realidad aumentada (AR) son intensivas desde el punto de vista eléctrico y computacional, mucho más que la transmisión por secuencias. Descargar el procesamiento a un servidor y convertir dispositivos en dispositivos de transmisión permitirá la expansión de la realidad virtual y la realidad aumentada, ya que los dispositivos de campo serán menos costosos (debido a especificaciones de procesador y batería más modestas) y más ergonómicos (debido a su peso más liviano).

Imagen de fábrica inteligente: Dreamstime • Suwin Puengsamrong

Morris: Si bien los rodamientos no son una tecnología nueva, han recorrido un largo camino. Los rodamientos pueden ser metálicos o de plástico, y todos los polímeros tienen características diferentes para su uso en aplicaciones específicas, incluidas aplicaciones médicas y de seguridad alimentaria donde los rodamientos metálicos no son ideales. Los rodamientos cerámicos destacan en aplicaciones calientes, rápidas y abrasivas. Los rodamientos magnéticos, que utilizan levitación magnética para girar alrededor de un eje sin contacto físico real, eliminan el desgaste y complementan las aplicaciones que necesitan altas velocidades y baja vibración.

La energía renovable se ha convertido en una gran industria. Las turbinas eólicas cuentan con cojinetes grandes, generalmente rodamientos giratorios. La industria médica emplea rodamientos en máquinas de resonancia magnética y escáneres de tomografía computarizada de última tecnología. La robótica ha automatizado muchos procesos; Aquí, los rodamientos completan brazos robóticos giratorios y equipos para mover robots vertical y horizontalmente. Los vehículos eléctricos también utilizan varios rodamientos, incluidos los rodamientos cerámicos por su ligereza y altas velocidades.

Morris: La conectividad IIoT y la tecnología de monitoreo de condición para todos estos rodamientos han crecido rápidamente en los últimos años. Por primera vez, los equipos de mantenimiento, ingenieros y técnicos tienen datos de rendimiento y condición al alcance de la mano en tiempo real. El mantenimiento predictivo se ha vuelto especialmente avanzado en los últimos años. Ya no tenemos que esperar hasta que algo falle para solucionarlo; podemos ver problemas potenciales (como pequeños cambios en las vibraciones, el calor y el rendimiento) antes de que se vuelvan catastróficos.

Debido a que los rodamientos grandes pueden ser bastante costosos (y tener plazos de entrega de meses), el mantenimiento predictivo para ellos se ha vuelto muy útil, particularmente con los problemas actuales de la cadena de suministro y los plazos de entrega. Los datos de rendimiento se pueden almacenar y enviar a la nube para un análisis en profundidad y luego usarse para mejoras de ingeniería y programas de mantenimiento mejorados. Además, todos estos datos se pueden monitorear de forma remota para reducir las necesidades de personal de mantenimiento las 24 horas, los 7 días de la semana, al permitir que el personal monitoree y responda a los problemas en varios sitios a la vez.

Varios productos disponibles en el mercado hoy en día permiten un monitoreo simple y asequible del estado de los rodamientos utilizando datos recopilados por sensores. Este último se analiza y el sistema alerta a los usuarios sobre anomalías en las condiciones. Los usuarios pueden incluso monitorear los datos a través de aplicaciones móviles.

Lea el resto de las ideas de nuestros expertos en la Parte 2 de esta serie haciendo clic aquí. También asegúrese de consultar la edición de junio de Design World para ver un artículo de seguimiento sobre este tema.