Integración HMI-PLC. una ventaja competitiva real.

Transcripción

1 La manufactura esbelta es una poderosa herramienta probada que aumenta la eficiencia en los procesos de producción. Conceptos y prácticas similares que eliminan "desperdicios" (equipo innecesario y los pasos para el proceso) se pueden aplicar al diseño, construcción, y el apoyo de los sistemas de automatización. La automatización esbelta permite una mayor productividad y confiabilidad, e impulsar soluciones mejores en su clase dando una ventaja competitiva real. Una combinación HMI-PLC desempeña un papel fundamental en el diseño de una solución de automatización verdaderamente esbelta, proporcionando una serie de beneficios durante toda la vida de la automatización de máquinas. Combinando visualización y control de los medios: Diseño de la máquina más rápida, proporcionando una entorno de desarrollo integrado Reducción de los costos de construcción de la máquina por la eliminación de los componentes y el cableado Reducción de los gastos de soporte de la máquina y la mejora de operación centralizando el acceso remoto y la administración Más que en cualquier otro momento, hay una gama de tendencias de la arquitectura del sistema de control y la fabricación que se unen para apoyar un enfoque integrado HMI-PLC. Para los OEMs de equipos e ingenieros de control por igual, esto significa que es más fácil para construir máquinas más pequeñas, más inteligentes de una manera más rápida, liberando ambos OEMs e ingenieros de utilizar controladores y el equipo sólo por la familiaridad a pesar de un costo prohibitivo para cambiar. Control básico del sistema Para comprender mejor las tendencias que impulsan HMI y la tecnología PLC, es útil examinar en primer lugar la arquitectura básica de un sistema de control y cómo el sistema de control en sí está evolucionando. Cambios fundamentales en la arquitectura del sistema de control están haciendo de tecnología HMI-PLC una alternativa convincente (funcionabilidad de simplicidad), reduciendo equipo (y costos), e impulsar la próxima generación de control de la máquina. La estructura básica del sistema de control incluye sensores, actuadores, interfaz de operador, y dispositivos de control lógicos. Los sensores miden la calidad física, como la temperatura, y convierten esa información en una señal eléctrica, el dispositivo actuador actúa sobre esa información, la interfaz del operador (o usuario) es donde la interacción entre el equipo y la gente ocurre; y el dispositivo lógico controla el funcionamiento de la máquina. El dispositivo de control lógico examina la entrada del operador y el sensor y envía señales al dispositivo actuador. Este modelo simple de sensores, actuadores, interface humana, y lógica se aplica a sistemas de control discretos, así como a los procesos de control de espacio. Fig. 1 Fig. 2

2 La figura 3 reformula el modelo básico del sistema de control en términos de una arquitectura de control de la máquina común que sería encontrada hoy en día. Hoy en día, la funcionalidad básica de un sistema de control sigue siendo intacta, pero la arquitectura que logra la funcionalidad se está desplazando. Todos los dispositivos en cada categoría están evolucionando, tanto en términos de su inteligencia y la forma de interfaz con el dispositivo lógico. Tecnologías de la red industrial están impulsando cambios en este último (interfaz de dispositivos). Las redes de dispositivos simples reemplazan los puntos I/O y el cableado de la máquina, mientras que el sistema de red basada en Ethernet conecta las máquinas a la empresa y permitiendo acceso remoto, estos dos tienden a impulsar cambios rápidos en sensores, actuadores, controladores lógicos y dispositivos de interface de operador. Y los cambios más dramáticos están ocurriendo en la interfaz del operador y en los niveles del controlador, donde la funcionalidad de superposición hace de un dispositivo combinado una alternativa convincente. Fig. 3 Redes a nivel de dispositivos con tecnología HMI-PLC Aun estando bajo la sombra de los avances en las redes empresariales, las redes a nivel de dispositivos también han progresado, lo que permite conexión más rentable, incluso de dispositivos simples a través de un red de control lógico dentro del sistema. Estos avances han tenido lugar tanto dentro del gabinete de control y fuera de él (los sensores y actuadores montados en la máquina). El impacto de pasar de las tarjetas y los cables tradicionales de I/O a la simple creación de redes a nivel de dispositivo en un gabinete de distribución se puede ver en La Figura 4 y la Figura 5. Fig. 4 Tradicionalmente (Figura 4), los dispositivos básicos en el gabinete están conectados a través de tarjetas de I/O discretas y el cableado punto a punto al controlador lógico. Hoy en día (Figura 5), este cableado está siendo sustituido por un sistema de red simple que conecta todos los dispositivos a un solo puerto de comunicaciones en el controlador y también inczorpora la conexión de alimentación del dispositivo. Redes de dispositivos de nivel de rendimiento cuentan con múltiples ventajas: reducen el tiempo de cableado y puesta en marcha del panel de control, la eliminación de las tarjetas de I/O del sistema y la mejora de información de diagnóstico para los sistemas operativos más fiables. El abandono de I/O para la creación de redes para la conexión de sensores, actuadores, y la interfaz humana de control de la máquina es un factor clave para realizar el cambio a una integración HMI-PLC. Una vez que el papel de las tarjetas de I/O en un sistema es eliminado o reducido de manera significativa, el valor que tiene un PLC, separada de la interfaz de operador electrónica (IOE) se reduce en gran medida. El poder de procesamiento disponible en los microprocesadores hace posible el manejo tanto de la tarea de interfaz de usuario como las tareas de control lógico programable desde un solo dispositivo. Además, como el acceso a distancia es cada vez más importante, el motivo de tener una integración HMI PLC se fortalece, el cambio del sistema de control básico permite un enfoque de automatización más esbelto que combina la lógica y la visualización. Fig. 5 Fig. 6

3 Redes empresariales y acceso remoto propulsa la tecnología HMI-PLC La comunidad de fabricación está para hacer significativas las ganancias productivas con la aparición del Ethernet industrial aplicadas al piso de fábrica. La creciente red de redes de Internet y dispositivos inteligentes que pueden interactuar sobre ella están impulsando la mejora de los diagnósticos, mejoras más rápidas, resolución de problemas, y en general la fiabilidad de la máquina. Con la información que la conectividad Ethernet está permitiendo, se están aumentando las oportunidades para reducir el tiempo y los costos involucrados para diagnosticar y arreglar problemas, antes de que causen tiempo de inactividad o retrasar la puesta en marcha. Estos cambios también repercuten en los sistemas de automatización de máquinas, exigiendo una nueva mirada a la arquitectura de automatización y el papel del PLC y el panel de operador en ese sistema. Fig.7 Para comprender mejor la convergencia de funcionalidad HMI-PLC y opciones de equipamiento, una perspectiva histórica de la tecnología PLC y de las interfaces de operador será útil. Tradicionalmente, el PLC fue desarrollado para proporcionar un control, la secuenciación, y la funcionalidad de seguridad para procesos de fabricación, en sustitución de los sistemas que participan numerosos dispositivos como múltiples relés de control, temporizadores y secuenciadores de tambor y controladores de lazo cerrado. En gran parte, las tarjetas de I/ O son usadas para interactuar con los sensores, actuadores y simples dispositivos de interface de operador, tales como pulsadores y luces piloto, formado por el controlador. La interfaz de operador electrónico se presenta como un complemento a un PLC simple. Al conectar el PLC a través de una sencilla conexión de red de serie, la IOE añade la posibilidad de presentar más información al operador de la máquina, reemplazando algunos de los pulsadores simples y luces indicadoras en el proceso. Esta histórica relación entre la IOE y PLC se muestra en la Figura 7. Con Ethernet industrial, el advenimiento de acceso remoto en el espacio de automatización significa una mayor funcionalidad de automatización, incluyendo la captura de datos históricos y el intercambio de datos, notificación de alarma y la gestión y administración de la seguridad. Estas características han introducido tanto el PLC como la IOE y tienden a sobresalir hoy en día, vendedores de ambos PLC y equipo IOE han competido para abordar los nuevos requisitos de información histórica, alarmas, y la seguridad (véase la Figura 8). Fig. 8

4 Tener más no es siempre mejor, y la redundancia en las funciones de IOE y PLC en conjunto tienen varios inconvenientes: la duplicación innecesaria de hardware (es decir, de Ethernet se requiere en ambos dispositivos), la complejidad innecesaria de programación (sistemas de alarma redundante), y un mayor riesgo de agujeros de seguridad. En lugar de dos dispositivos con funcionalidades duplicadas, un único dispositivo con un conjunto de características que cubre los requisitos sin duplicación significa menos equipo para comprar, programar y configurar (véase la Figura 9.) Fig.7 Estandarización Lógica Programable Un robusto entorno de desarrollo sustenta el diseño de la automatización eficiente y puede proporcionar estandarización. La estandarización promueve la interoperabilidad, ahorra tiempo de los ingenieros que trabajan con productos de múltiples proveedores, e impulsa la eficiencia al permitir la reutilización (de código) y la reducción del esfuerzo de reciclaje. En Diciembre de 1993, el desarrollo de la norma IEC trajo estandarización a la programación lógica. Proveyendo un modelo de programación de núcleo con una variedad de beneficios: Software estructurado sobre la base de unidades de organización de programa (UOP) Datos sólidos y consistentes de mecanografía Basado en tareas de control de ejecución Más allá de la normalización de la estructura del programa, la IEC define un conjunto estándar de los lenguajes de programación: la lógica de escalera, bloque de funciones, texto estructurado, lista de instrucciones, y un diagrama secuencial de función. A nivel mundial, los proveedores y los usuarios finales de productos de automatización adoptaron la IEC Al proporcionar un modelo de programación común y un idioma seleccionado, el estándar permitió a los ingenieros autorizados de control trabajar efectivamente con los controladores de diferentes proveedores, permitiendo a los ingenieros a entender más fácilmente los programas generados para diversos sistemas de automatización. Además, la tarea de portar un programa de software de programación de un proveedor se convirtió más rápida y más fácil. A pesar de los muchos beneficios de un modelo de programa de IEC y lenguaje, los ingenieros de control todavía se han visto "atados" a los equipos de un único proveedor. El lenguaje IEC fue el primer paso en la dirección correcta, mientras que el modelo de programación y lenguaje de base puede ser el mismo, todavía hay algunas diferencias grandes: Extensiones de lenguaje de proveedores específicos que previenen intercambiabilidad entre distintos responsables. La apariencia del entorno de programación, por lo que es difícil de programar en un controlador frente a otro. Formatos de almacenamiento de archivos de programa que crean problemas de compatibilidad con diferente organización de la memoria, incluso con el mismo fabricante

5 En consecuencia, el cambio entre los proveedores de controladores de IEC se ha traducido en la reconversión del personal y en el programa de reingreso. Es el advenimiento de CoDeSys (Controller Development System) la tecnología de software que ha elevado la IEC estándar al siguiente nivel, proporcionando una plataforma flexible que es más fácil de usar. CoDeSys es una herramienta de software de código abierto completa para la industria automatización, y consta de dos partes: El sistema de programación CoDeSys, una herramienta de programación IEC común. El sistema de ejecución CoDeSys Control, que convierte cualquier inteligente autómata en un controlador programable IEC con CoDeSys El sistema de CoDeSys fue diseñado para adaptarse fácilmente del dispositivo de un proveedor "objetivo" a otro. Por lo tanto, un ingeniero de control puede incorporar múltiples objetivos en un entorno único de programación o de movimiento desde el entorno de programación de un controlador CoDeSys para otro, sin re-entrenamiento requerido. Además, los formatos del archivo de programa son comunes, y los programas se pueden importar sin intervención manual. La similitud del entorno de ejecución de control CoDeSys a través de objetivos significa que un programa funciona de manera similar en el nuevo objetivo. La capacidad de reutilizar el código de control comprobado proporciona un alto nivel de garantía de la calidad en el entorno de tiempo de ejecución crítico. El sistema de ejecución de control CoDeSys se ha desplegado en un host de diversos dispositivos, como PLCs, interfaces de operador, y drives. Es ideal para apoyar la tendencia hacia el control distribuido a dispositivos finales (como interfaces de operador y drives), al tiempo que permite selección de las mejores de su clase de estos dispositivos. A medida que más de 100 empresas de la industria de la automatización han adoptado el sistema de CoDeSys para sus soluciones de control, los ingenieros de control ya no son desjarretados para dar cabida a un PLC a través de las aplicaciones. El costo del cambio es prohibitivo, incluso si son más adecuados unos controladores disponibles para una aplicación dada. Hoy en día, hay verdaderas opciones entre controladores y la portabilidad ofrecida por el ambiente que CoDeSys hace posible. Además, más de 250 fabricantes de dispositivos del sector industrial son realizan su programación con CoDeSys. En última instancia, los usuarios que adoptan CoDeSys son capaces de lograr las ventajas de la normalización del desarrollo IEC al medio ambiente, con un amplio conjunto de herramientas de programación a una manera de paquete abierto. Como es ampliamente adoptado, CoDeSys es el estándar de facto para el control de la lógica. Además, los usuarios pueden realizar significativos ahorros en los costos de desarrollo asociados con el software, la formación, y el apoyo a través de una amplia selección de plataformas lógicas. Y aún más, que prácticamente pueden eliminar el costo de migrar entre el hardware de diferentes proveedores, lo que les permite seleccionar los dispositivos óptimos para ejecutar su lógica.

6 Hoy en día, CoDeSys está ayudando a impulsar la norma IEC en el futuro y aumentar la adopción, haciendo más fácil usar dispositivos de múltiples proveedores. Permitiendo a los usuarios finales seleccionar los dispositivos más adecuados y a su vez las necesidades de reducción y los costos asociados con la migración de los dispositivos fabricados por diferentes proveedores. CoDeSys ofrece un paquete de software para el control y visualización en apoyo a un combinado HMI-PLC y los fabricantes de equipos que permiten entornos de programación de apalancamiento a través de una variedad de sistemas. Ayuda a reducir los costos de los fabricantes de equipos, el programa de su equipo más rápido y simplificar la integración. Incluso las redes a nivel de dispositivo se pueden configurar con CoDeSys. Por lo tanto, la visualización, la lógica, y los dispositivos finales son programados con un solo paquete de software. Atributos clave en una integración HMI-PLC Hay una variedad de opciones a elegir de HMI-PLC para los OEM. Los dos tipos principales de dispositivos HMIPLC son las PC industriales (IPC) y soluciones de plataforma cerrada. Ambos tipos de HMI-PLC tienen su lugar. El IPC abierto proporciona la flexibilidad para combinar programas adicionales en la plataforma de control, mientras que el enfoque cerrado permite una solución más optimizada que es fácil de administrar. Ambos dispositivos abiertos y cerrados tienen las características clave y similares funcionalidad (véase la Figura 9). Proceso de lógica y graficas El corazón de la integración de HMI-PLC es la lógica y las capacidades de procesamiento de gráficas. Específicamente, un rendimiento robusto y repetible en el rango de aplicación prevista, la programación lógica de gran alcance y amplias capacidades de gráficos de programación son críticos. Además de las capacidades de tiempo de ejecución, una interfaz intuitiva y entorno de desarrollo integrado que combina la lógica y la programación de gráficos es fundamental para los ingenieros de automatización haciendo la programación y el despliegue más rápidos. Además, un entorno en desarrollo con herramientas bien desarrolladas para la simulación, depuración, y actualizaciones del programa ahorra tiempo por adelantado y en la parte final, permitiendo acelerar el desarrollo y el mantenimiento. Pantalla y pantalla táctil Dispositivos HMI-PLC combinados proporcionan características de presentación similares al HMI estándar: Una amplia gama de tamaños de pantalla, proporcionando flexibilidad. Resolución y brillo de la pantalla. Opciones de tecnología táctil, incluyendo las duras condiciones del ambiente. Ethernet empresarial y acceso remoto Esto va más allá de la presencia de un puerto Ethernet físico e incluye los servicios que se proporcionan a través de ese puerto, que incluyen: Acceso remoto para visionar en la pantalla. Acceso remoto desde varios dispositivos, incluyendo teléfonos inteligentes y Tablet PC. Administración del programa a distancia. Opciones de acceso a bases de datos remotas. Soporte a los protocolos de datos adicionales (por ejemplo, OPC).

7 Seguridad La seguridad informática sigue siendo un motivo de preocupación en ambientes de la industria manufacturera, y la conexión Ethernet de la empresa puede ser un punto de debilidad. Áreas importantes para examinar incluyen: Es cada uno de los métodos de acceso remoto descrito anteriormente asegurado adecuadamente? Se documentan todos los puertos de Ethernet abiertos, y pueden apagarse si no se utilizan? Es un procedimiento asegurar el programa lógico y de visualización? Red de dispositivos Así como el cableado de I/O directo se sustituye por la creación de redes a nivel de dispositivo, la integración de HMI-PLC con la red a nivel de dispositivo y la información y los puntos de datos que son capaces de proporcionar son el ahorro clave durante la puesta en servicio, la ampliación de las capacidades de diagnóstico y proporcionando información continua que permite comunicaciones de máquinas más rápidas. Provee las opciones de red que necesita? Se puede combinar varias opciones de red cuando sea necesario? Es el costo razonable de la opción de red que se puede prever? Gestión de datos históricos y alarmantes La automatización de máquinas de hoy es más que el control de la máquina. Automatización de maquinaria de hoy incluye la capacidad de obtener y evaluar la crítica de datos de rendimiento, y ser alertado rápidamente de cualquier problema de funcionamiento. Las consideraciones incluyen: Las características de los datos históricos que ofrece el sistema cumplen sus necesidades? Es el método de acceso y el formato de los datos históricos suficiente para sus aplicaciones? Es el sistema de alarma adecuado para sus necesidades? Las capacidades del sistema de notificación de alarma satisfacen sus necesidades? Una revisión exhaustiva de estos puntos le permitirá identificar una combinación HMI-PLC que se adapte a sus necesidades de aplicación. La integración HMI-PLC permite una automatización esbelta Hoy en día, una gran cantidad de tendencias se están uniendo para apoyar un enfoque integrado HMI-PLC. La arquitectura del sistema de control se está desplazando, y tecnología de redes, tanto en el dispositivo y en la empresa, el nivel está avanzando, mientras que hay un ambiente de programación establecido y portátil para ambos dispositivos HMI y PLC. En última instancia, el HMI-PLC no sólo elimina los niveles de todo el dispositivo, sino que también permite la inteligencia a distancia, reduce los costos de formación, y permite a los fabricantes de equipos tomen ventaja de una variedad de proveedores conduciendo soluciones mejores en su clase. Además, la integración HMI-PLC está permitiendo que la automatización esbelta aumente la eficiencia y la reducción de residuos, tanto en términos de equipo y el tiempo. En un entorno empresarial altamente competitivo, ofreciendo las mejores soluciones en su clase, que también son inteligentes, intuitivos, y elegantes significa una ventaja comercial real: control de rendimiento de sistemas que son más rápidos en el diseño, comisión, y mantenimiento.