El control de bordes permite mejorar la fabricación

Es posible reducir el impacto medioambiental y económico de los suministros en ámbitos industriales, como la producción de pellets de madera y carbón activado, y al mismo tiempo aumentar significativamente la productividad. La introducción de la computación de sistemas de borde y del control evolutivo son esenciales para desarrollar un ecosistema IIoT inteligente capaz de producir estos resultados. En este artículo, sus autores muestran en una serie de ejemplos concretos de aplicaciones, creadas de cero o a partir de mejoras, cómo las empresas de este sector han sido capaces de reducir significativamente los costes y el consumo energético al tiempo que han aumentado la eficiencia de la producción optimizando los procesos relacionados con el mantenimiento e implementando ciclos virtuosos hacia la sostenibilidad medioambiental. Estos proyectos resistirán el paso del tiempo, pues se basan en soluciones abiertas, escalables y suficientemente flexibles que pueden adaptarse fácilmente para afrontar futuros desafíos.

Para las plantas de fabricación (y los fabricantes de equipos originales que les suministran), siempre es una prioridad maximizar los resultados y el tiempo de funcionamiento. Una vez que los equipos y las líneas de producción están funcionando correctamente, es posible prestar más atención a otras áreas de mejora, como la minimización y la optimización del consumo energético.

Blue Engineering, con sede en Verona (Italia), conoce muy bien el planteamiento de hacer funcionar primero el sistema de fabricación y luego lanzarse a tareas de optimización. Esta empresa de integradores de sistemas se especializa en la automatización nueva y adaptada de equipos y líneas de producción empleados en la peletización de madera, carbón y productos alimenticios. Hace muchos años, les bastaba con que el sistema de fabricación estuviese operativo, pero en los últimos años, la demanda del usuario final ha puesto mayor énfasis en el ahorro de costes. Estos se consiguen mediante la gestión y la optimización del consumo energético, las mejoras en sostenibilidad y el análisis de la eficiencia general de los equipos .

Para alcanzar esta serie de objetivos, los diseñadores necesitan una plataforma de automatización flexible con capacidades mejoradas de conectividad digital, gestión de datos y análisis. Un controlador de borde utilizado junto con un paquete de software de soluciones de borde suele ser la mejor solución para poner en marcha rápidamente proyectos fiables de automatización provistos de una gama escalable de datos y análisis.
 

Apuesta por la eficiencia

Las operaciones de peletización tienen muchas características similares, independientemente de si hablamos de pellets de madera para combustible, carbón activado para la filtración de aire y agua o consumibles desarrollados para piensos. Existe una zona de mezcla y elaboración de compuestos, una zona de extrusión y formación/corte de pellets, y una zona de secado y manejo de productos acabados.
 

Blue Engineering desarrolló una experiencia significativa en estos procesos y logró aumentar su prestigio y su fiabilidad gracias a la rápida adaptación de instalaciones existentes con breves periodos de inactividad. Aunque las adaptaciones siguen siendo una parte importante de su trabajo, recientemente se han centrado en nuevos proyectos. Algunas veces el equipo trabaja en una sola máquina, pero lo más habitual es que sus proyectos se extiendan a otras partes significativas de una línea de producción que abarque distintas máquinas.
 

Gracias a su dilatada experiencia en multitud de proyectos, el equipo de diseño ha ido adquiriendo conceptos básicos sobre estas líneas de producción:

• La optimización de la producción requiere de la capacidad de identificar (y centrarse en mejorar) cualquier punto crítico. En el caso de una línea de producción típica, en torno al 90% de los equipos no suelen ser tan importantes en este aspecto como sí lo son una o dos máquinas.
• Para reducir el uso de energía es necesario hacer una comparación minuciosa del rendimiento productivo y del consumo energético asociado.
• El control del desgaste de piezas, como troqueles y rodillos de extrusoras, es fundamental para disponer de repuestos y para instalarlos de forma proactiva antes de que se resienta la calidad o el rendimiento o de que se produzcan paradas imprevistas.

Todas estas actividades tienen en común la necesidad de una amplia conectividad de datos, la capacidad de almacenarlos y acceder a ellos de forma eficaz y la posibilidad de realizar análisis y estadísticas para obtener la información necesaria. Si bien los controladores lógicos programables clásicos son excelentes para la supervisión y el control directos de sensores y actuadores de maquinaria, y ofrecen la capacidad de tratamiento de datos, estos son incapaces de realizar las tareas computacionales de datos más extensas necesarias para crear ideas.
 

Seleccionar una plataforma eficaz

El equipo necesitaba una plataforma de automatización con la flexibilidad necesaria para satisfacer sus crecientes necesidades. Además, en los años anteriores habían dedicado grandes esfuerzos en el desarrollo de estándares para la interfaz hombre-máquina (HMI), adaptada a sus proyectos más habituales. Así pues, cualquier solución de automatización tendría que ser totalmente compatible con este trabajo establecido.
 

Por suerte, el equipo ya se había especializado en una plataforma PLC muchos años antes, y esa línea de productos la ofrecía una empresa con un profundo conocimiento de las necesidades de los usuarios de automatización industrial. Una característica clave de la marca de PLC era su contrastada trayectoria de productos consistentes y compatibles con versiones previas, de manera que Blue Engineering podía preservar sus inversiones en diseño y programación durante varios años. Un segundo aspecto extremadamente conveniente era un entorno de desarrollo integrado para la lógica de control que podía configurarse fácilmente usando los datos de un script basado en una hoja de cálculo. El equipo pudo combinar de forma sencilla sus principales elementos lógicos de automatización en el entorno de la hoja de cálculo, y luego crear un archivo que importaría el IDE del PLC para crear rápidamente un programa basado en módulos probados.
 

Esta plataforma PLC era la gama de productos PACSystems RX3i de Emerson. Inicialmente, esta gama se basaba en controladores PLC, pero en los últimos años se había lanzado un nuevo controlador de borde. El controlador de borde es un significativo avance en computación industrial, ya que combina sin problemas el control determinista de un PLC con las capacidades computacionales de un PC mediante una virtualización minuciosamente diseñada para mantener el rendimiento y la independencia de cada uno.
 

Establecer una solución flexible

Al usar un controlador de borde, los desarrolladores podían seguir aprovechando su método de scripting e importación de desarrollo lógico disponible a través de la parte de control en tiempo real del dispositivo, la cual era compatible con PLC anteriores.
 

No obstante, el dispositivo también incluye una sección de computación de uso general, que aloja un sistema operativo Linux y la plataforma de habilitación de aplicaciones del internet industrial de las cosas (IIoT) PACEdge. El uso de las distintas aplicaciones disponibles en esta sección del controlador de borde facilitó la conexión con los datos de la parte del PLC. Estos datos pueden preprocesarse y analizarse en el controlador de borde y luego transmitirse de forma eficiente a una base de datos SQL local o en la nube para poder realizar más análisis.
 

Además, el controlador de borde era totalmente compatible con las arquitecturas de entradas/salidas (E/S) establecidas y podía instalarse en pares redundantes, operando las E/S mediante un anillo PROFINET redundante cuando una aplicación demandaba este nivel de rigor. Los diseñadores podían seguir optando por una arquitectura clásica de PLC en algunas ubicaciones, pero ahora contaban con la flexibilidad de instalar sin problemas un controlador de borde mucho más potente donde fuera necesario.
 

Con esta plataforma, el equipo ahora puede abordar de forma eficiente las preocupaciones de los usuarios finales en torno a la optimización de la producción, la minimización del consumo energético y la monitorización de los equipos. Los datos con indicación de fecha y hora disponibles en la base de datos SQL permiten realizar un examen en profundidad mediante hojas de cálculo y otras herramientas analíticas. Blue Engineering utiliza estas herramientas y colabora con sus usuarios finales para proporcionar los siguientes beneficios en una amplia variedad de aplicaciones.

En las fábricas de piensos, un estudio de los datos de la producción, los tiempos de funcionamiento y los tiempos de inactividad revela los puntos críticos más destacados de los equipos. Al centrar su atención en ajustar los parámetros temporales y revisar las estrategias lógicas de control de procesos para reducir las restricciones de producción, el equipo ha logrado aumentar la producción entre un 20 y un 30% o incluso más.
 

Mediante la comparación del rendimiento productivo y el uso energético en distintas plantas de fabricación de piensos, el equipo ha logrado identificar los modos operativos más eficientes y, en ocasiones, descubrir los problemas que causan la pérdida de energía. La modificación de las prácticas operativas y la resolución de los problemas han permitido ahorrar un 12% o más en lo relativo a los suministros de la planta.
 

Además, las estadísticas derivadas de los datos de rendimiento y calidad ponen de manifiesto los efectos del desgaste en las piezas de producción, indicando qué configuraciones operativas garantizan una mayor vida útil de dichas piezas. Con este conocimiento, los equipos de operaciones pueden almacenar los recambios adecuados, instalarlos en el momento oportuno y operar de la forma más beneficiosa posible, lo que supone un mayor ahorro. En algunas fábricas de piensos y pellets de madera, fue posible saber cuándo había que cambiar los troqueles y/o los rodillos de las prensas de pellets en base a la monitorización de la eficiencia de los suministros.
 

Los datos son claves para lograr una automatización con vistas al futuro

Para usuarios finales, fabricantes de equipos originales e integradores de sistemas, es fundamental que los principios básicos de la automatización industrial sean correctos. Sin embargo, para hacer frente a las iniciativas corporativas de sostenibilidad y a la necesidad de optimización de todos los aspectos operativos, los fabricantes recurren a sus proveedores en busca de mejores soluciones.

Los modernos controladores de borde proporcionan estos y otros beneficios con funciones industriales de control en tiempo real que son familiares para los usuarios de PLC, además de una computación de uso general esencial para las tareas necesarias de comunicación y gestión de datos. Un controlador de borde es, tanto para los proyectos de adaptación como para los nuevos, una combinación ideal de tecnologías que preserva las inversiones previas en hardware e ingeniería al tiempo que ofrece la posibilidad de desarrollar diseños basados en datos para optimizar la producción, el consumo energético y el mantenimiento.

Silvano Paiola, propietario y director general de Blue Engineering, y

Martino Caranti, responsable de software y sistemas del Sur de Europa en Emerson Discrete Automation.

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Este artículo aparece publicado en el nº 557 de Automática e Instrumentación págs. 54 a 57.