Integración de máquinas de packaging en la Industria Alimentaria

La transformación digital en la que el mundo industrial se encuentra sumergido está generando nuevas oportunidades de negocio, nuevas soluciones, y nuevas prioridades y estrategias para las empresas a un ritmo imparable. Aunque este movimiento afecta en numerosos aspectos a las empresas, se pueden destacar dos claves que inciden directamente sobre su grado de competitividad, y, por tanto, sobre su supervivencia: por un lado, la reducción del time-to-market, que se ha convertido en algo esencial; y por otro, la colocación del cliente en el centro de la estrategia.

En la Industria de Alimentación y Bebidas, así como de los bienes de consumo masivo (CPG), toda esta tendencia exige la renovación de los procesos productivos y de las plantas para así superar con éxito los nuevos retos que se plantean. Las fábricas necesitan ser capaces de adaptarse de la forma más rápida posible a los cambios de demanda, paletizado, formato e incluso producto para reducir el time-to-market.

Esta necesidad de flexibilidad es especialmente importante en las líneas de envasado y empaquetado, donde la integración de nuevas máquinas y los cambios de configuración de la línea pueden ser pueden ser más lentos y tediosos de lo que deberían. Aunque lo ideal sería que la base instalada contara con una interfaz de datos común para todas máquinas, en la Industria de Alimentación y Bebidas generalmente nos encontramos con líneas de packaging en las que han intervenido distintos fabricantes de maquinaria y distintos integradores de sistemas. Esto puede dificultar la integración de máquinas nuevas, por lo que, para conseguir esa flexibilidad en las líneas de packaging, resulta crucial contar con un estándar en la conexión de equipos que simplifique las tareas asociadas a cualquier ampliación o modificación de la línea.

La adquisición de datos estandarizada también nos va a facilitar la optimización de los procesos, la reducción de mermas, y, en definitiva, va a redundar en una mayor sostenibilidad en el envasado y empaquetado de productos, algo de lo que el consumidor del siglo XXI cada vez es más consciente y valora considerablemente en la imagen de marca de cualquier empresa.

OMAC y Weihenstephan

Los estándares OMAC y Weihenstephan son los más famosos en el ámbito de las líneas de llenado y/o envasado. Tanto OMAC como Weihenstephan están creados y definidos por grupos de trabajo en los que participan tanto empresas fabricantes de maquinaria, como fabricantes de equipos y de productos, por lo que son estándares que tratan de cubrir las necesidades reales de todas las partes implicadas en el montaje de una línea de packaging.

Tanto el estándar OMAC como Weihenstephan establecen los estados de máquina, la secuenciación que debe darse entre los mismos, y los modos de funcionamiento de la máquina. Pero sin duda, el pilar más importante de estos estándares consiste en la selección de las variables más importantes desde el punto de vista de la monitorización y el control que una máquina debe compartir a la hora de integrarla en sistemas superiores, es decir, una interfaz de datos estandarizada.

OPC UA Companion Specification

Una solución que puede ayudarnos a facilitar la integración de máquinas en un ámbito heterogéneo sin llegar a realizar modificaciones en la programación existente es el enlace OPC UA con Companion Specification. Cuando la estandarización no se encuentra implementada en la programación de la máquina, es posible asociar las variables internas a una estructura estandarizada de datos. Esta estructura funciona como una especie de máscara, de tal forma que al realizar el enlace con sistemas superiores como un SCADA, un Cloud o un sistema MES/MOM, los datos que se suben ya tienen el formato marcado por el estándar.

El principal objetivo del Totally Integrated Automation Portal, o TIA Portal, desde su lanzamiento al mercado ha sido favorecer la integración y la flexibilidad de la automatización en todos los ámbitos posibles, empezando por incluir los distintos softwares de programación y configuración de los controladores lógicos, los sistemas de visualización y los variadores de frecuencia bajo una única plataforma de trabajo.

Por ello, y continuando con la misma filosofía en la mejora de soluciones software, a partir de la versión V16 de TIA Portal, el proceso de asociación de las variables a la interfaz estandarizada se ha simplificado notablemente. Una vez activada la funcionalidad de servidor OPC UA con la que cuentan los S7-1500, basta con importar el fichero XML que define la estructura de datos deseada, y arrastrar y soltar las variables de PLC sobre la estructura estandarizada para relacionarlas. En tres sencillos pasos TIA Portal nos ahorra el trabajo que supone cambiar la programación de la máquina para poder contar con una interfaz de datos estándar.

Configuración de una Companion Specification para OPC UA

IOT Suite

La plataforma IOT Suite es una solución especialmente diseñada para facilitar la integración de máquinas en las líneas de llenado y/o envasado de productos de la Industria Alimentaria. Se trata de un acercamiento a la digitalización que nos permite ganar en transparencia mediante la extracción de datos de máquinas nuevas o que no estaban conectadas con sistemas superiores tipo SCADA o MES/MOM.

El IOT Suite está pensado para ser una solución sencilla que no requiere experiencia en programación ni para su puesta en marcha ni para su uso cotidiano. El manejo resulta tan intuitivo, que, sin ningún conocimiento previo, es posible tener las funcionalidades principales configuradas en menos de dos horas.

Uno de los casos de uso más habituales con esta herramienta es la creación de una pantalla de OEE con todos los KPIs principales de la máquina: disponibilidad, rendimiento, calidad y eficiencia. Esta pantalla también nos muestra el número de unidades producidas, las mermas, la orden de proceso que se está ejecutando, y el diagrama de Gantt con los estados de máquina, que se pueden editar o justificar haciendo click sobre el propio diagrama. Por supuesto, se pueden editar las fórmulas de cálculo de los KPIs, la duración de los turnos de trabajo, las categorías de tiempo, e incluso los colores de los distintos indicadores.

Pantalla OEE de una máquina con IOT Suite

El IOT Suite cuenta con varios drivers de comunicación, lo que le permite conectarse y extraer variables de equipos de distintos fabricantes. Desde el punto de vista de la estandarización, esto es de suma importancia, pero, además, la solución nos permite realizar un mapeado de las variables que obtenemos del PLC asociándolas a una estructura estandarizada. Esta estructura puede corresponderse con el estándar de la OMAC, el estándar Weihenstephan, o estar hecha a medida e importarse desde Excel. De esta forma, podríamos conectar nuestra máquina con sistemas superiores a través de una interfaz de datos estandarizada.

Un paso hacia la Digitalización

Este tipo de soluciones también suponen un paso hacia la Digitalización, puesto que facilitan la conexión con sistemas dedicados a la explotación de datos que van más allá de la monitorización y el control. Mediante protocolos como el MQTT o el OPC UA, permiten la comunicación con sistemas de gestión energética, análisis de datos, almacenamiento en Cloud o incluso Edge Computing, sistemas que claramente dibujan el futuro de la industria de Alimentación y Bebidas y del mundo del packaging.   

Marta Graullera, 

Technical Account Manager 

en Siemens DI VM Food & Beverage   

Págs. 41 a 43.