El aumento de la conectividad de red está modificando la manera de organizar muchos aspectos de nuestras vidas: de estar basados en jerarquías a estar fundamentados en relaciones de igual a igual.
Observamos esto en prácticamente todo, desde las redes sociales a la naturaleza cambiante de trabajo y las redes TI: la idea de una autoridad central que dirige las acciones de los agentes pasivos se está erosionando rápidamente en muchos contextos.
Un área en la que dicho cambio está tardando un poco más se encuentra en el diseño de maquinaria de gran tamaño como, por ejemplo, equipos de producción para factorías o sistemas de gestión para almacenes. Estos sistemas complejos suelen estar diseñados según un modelo centralizado, donde un controlador lógico programable (PLC) core ofrece un control de arriba hacia abajo mediante varias capas de conexión en red a los actuadores de la máquina, con las señales de los sensores pasando de nuevo a través de la misma jerarquía de red. Este enfoque concentra la inteligencia en el núcleo, separa la red de los equipos de tecnología de la información (TI) de los equipos de tecnología operativa (TO), que a menudo tiene una seguridad débil, y permite pocas comunicaciones directas de igual a igual (P2P) y de máquina a máquina (M2M).
• Figura 1: Un enfoque jerárquico tradicional para automatización de factorías
El cambio a la modularidad
Al mismo tiempo, la creciente complejidad de las máquinas, la presión en el tiempo de llegada al mercado y los deseos de los clientes de soluciones personalizadas están promoviendo la transición hacia diseños de máquinas más modulares. Muchos clientes desean que los equipos que venden usen energías y fuentes más eficientes, ofrezcan flexibilidad y puedan soportar una personalización masiva. Algunos también quieren poder reutilizar su maquinaria para adaptarse a las demandas cambiantes del mercado y poder desmantelarla de una manera ambientalmente responsable al final de su vida útil. Esto, combinado con el aumento de las estrategias de la nueva Industria 4.0, que tienen el objetivo de traer las ventajas de una excelente conectividad y la recopilación y el análisis de datos a un entorno industrial, impulsa un cambio de las arquitecturas de máquinas de comando y control a un enfoque más de igual a igual.
Las máquinas construidas según este principio utilizarán una arquitectura de control distribuido que acerca el procesamiento, la inteligencia y la gestión de la seguridad allí donde realmente se necesitan, respaldando un procesamiento dinámico en tiempo real. Cada dispositivo en la red peer-to-peer será más inteligente, eliminando la necesidad de costosos PLC centrales y de tener que conectar todo a dichos controladores para que los datos de los sensores puedan ser interpretados y los comandos del actuador emitidos. Este enfoque también hará que la comunicación entre los dispositivos del mismo nivel de la máquina sea mucho más sencilla. Y facilitará la integración de la tecnología operativa de la máquina con aplicaciones de nivel empresarial que deben recopilar y analizar los datos que la máquina está creando.
• Figura 2: Un enfoque de igual a igual más descentralizado para la automatización de las factorías
Para hacer esto posible, las fábricas y los almacenes sustituirán el bus de campo (Fieldbus) por redes Fieldbus basadas en Ethernet, que aportará una red basada en IP a tales instalaciones a bajo coste y con alta fiabilidad. Esto permitirá la creación de una red de área local, con acceso a Internet si fuera preciso y con el soporte de una infraestructura cableada o inalámbrica, también en función de las necesidades. Esto debería mejorar el control de la producción, la gestión de recursos, la transparencia operativa y la eficiencia.
El cambio a un diseño de maquinaria modular, posibilitado por las arquitecturas P2P y la red basada en IP, también demandará un mayor uso de los protocolos abiertos para permitir la combinación de soluciones y facilitar la integración de la tecnología de múltiples fuentes. Las arquitecturas abiertas dotarán a los fabricantes de máquinas con la libertad de personalizar su oferta, proporcionando las últimas tecnologías y permitiendo al cliente añadir o sustituir dispositivos en su ecosistema de máquinas a medida que van cambiando los requisitos.
Haciendo la conexión
Las máquinas modulares necesitarán nuevas estrategias de interconexión para adaptarse al cambio de una arquitectura jerárquica a una de igual a igual.
Las máquinas existentes pueden tener cientos o incluso miles de puntos finales de alimentación, señal y datos, cada uno de los cuales requiere una conexión fiable y segura a un panel de energía o armario de control. La creación del mazo de cables para ofrecer dicha conectividad puede conllevar el pelado de cientos de cables, soldarlos y/o crimparlos a carcasas de contacto y entonces ensamblar el conector en su forma final. Cada conexión representa un punto de fallo potencial, por lo que la máquina debe estar completamente cableada y cada conexión tiene que estar testada y aprobada antes de que todo se desmonte de nuevo para enviárselo al cliente. La puesta en servicio de la máquina in situ implica volver a cablearla y asegurarse de que el proceso de montaje y desmontaje no haya dañado ninguna de las conexiones. El mantenimiento rutinario en estos sistemas de arquitectura tradicional también puede significar desconectar y volver a conectar cientos de puntos de contacto para abordar un problema – con el consiguiente riesgo de crear más problemas al hacerlo.
La solución obvia ante las complejidades de cableado consiste en recurrir a sistemas de conexión modulares, que ofrecen ventajas importantes, como reducción del tiempo dedicado a la puesta en marcha, la localización y la resolución (reparación) de problemas, mejoras en estabilidad mecánica y rendimiento y la oportunidad de trabajar con los estándares IEC. La conectividad modular, junto con un diseño con visión de futuro, también debería facilitar la configuración, la modificación o las expansión de las máquinas y las líneas. Molex tiene un amplio catálogo de soluciones modulares de conexión de energía, señales y datos en la máquina y en los armarios, como se observa en la Figura 3.
A pesar de que la modularidad puede modificar la arquitectura de la interconexión de una máquina, parece poco probable que cambie el hecho de que los centros de producción puedan ser entornos hostiles, sujetos a la suciedad, las salpicaduras de fluidos, las vibraciones, los impactos y la interferencia electromagnética. Molex ofrece conectores resistentes para garantizar un rendimiento fiable en tales condiciones, con mecanismos de cierre que dotan de un sellado seguro y estabilizan el acoplamiento para protegerlo ante una desconexión accidental. Por ejemplo, los modelos Molex Brad M12 se utilizan principalmente para tareas de alimentación, mientras que las unidades M12 se usan para conectar sensores y otros dispositivos de E/S. También hay una serie Brad Ultra-Lock que puede hacer o deshacer una conexión IP67, 68 o 69K con una simple acción de “empujar” o “tirar”.
• Figura 3: Soluciones de conectividad modular diseñadas para uso en entornos adversos
Molex también produce módulos HarshIO, que soportan las principales redes de comunicaciones industriales y sus protocolos. Disponen de indicadores LED de estado para disponibilidad de red, alimentación y E/S. Los Brad IO-Link Master Modules en EtherNet/ IP y PROFINET combinados con los IO-Link Digital Hubs proporcionan una conectividad Fieldbus en entornos hostiles, extendiendo las comunicaciones IO- Link a los sensores y los actuadores.
Futuros retos
A medida que los diseñadores de máquinas se vayan familiarizando con las arquitecturas de máquinas reconfigurables, deberán implementar tanto sistemas de control distribuidos como estrategias de comunicación primarias/secundarias y de jefe (publisher)/abonado (subscriber). También habrá una gran cantidad de lo que podríamos llamar problemas de infraestructura con los que lidiar, como garantizar que estas máquinas flexibles sigan siendo seguras para operar y trabajar a la par.
Los diseñadores también deben tener en cuenta las consecuencias de integrar la red de tecnología operativa con la red de tecnología de la información: cómo trabajarán juntas esas dos funciones en una red y, si están trabajando juntas, qué pasos hay que tomar para garantizar su seguridad continua. La cuestión de la seguridad se volverá aún más compleja con la implementación de la comunicación de máquina a máquina y los sistemas de acceso y operación remotos.
• Figura 4: Los cables (cord sets) Brad M12 y el MPIS Safety Box robusto simplifican el cableado en entornos adversos
Enfrentándose a todos estos desafíos, los fabricantes desearán trabajar con sistemas de conectividad y módulos informáticos distribuidos que aporten flexibilidad a la hora de reconfigurar rápidamente sus líneas de producción para responder a la demanda cambiante. En un futuro cercano, Molex tiene previsto aumentar su oferta de dispositivos IP67 rugerizados con la intención de simplificar el cableado y, al mismo tiempo, mejorar la capacidad de reutilización y portabilidad; el despliegue de sensores avanzados, como los de seguridad de movimiento, requeridos para robots colaborativos; y servicios de gestión de activos y aprovisionamiento sin intervención que pueden actualizar dispositivos, máquinas y sistemas bajo demanda.
Todo está muy lejos de las estrategias de “comando y control” del diseño de máquinas tradicional.
Dado que la tecnología en las fábricas actuales continúa desarrollándose, Molex y AVNET Abacus colaboran y se encuentran disponibles para ofrecer soporte ante sus requisitos cambiantes de conectividad.
Descubra aquí los componentes de Molex que respaldan la creación de factorías más inteligentes o, si está preparado para dar el siguiente paso, puede ponerse en contacto con nuestro equipo de ingenieros de aplicaciones de campo para abordar su diseño.
