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EtherNet/IP, la clave para las máquinas habilitadas de información

  • Publicado: 25 Enero 2013
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1702_01La red EtherNet/IP crea un "ecosistema" común para los ingenieros de control, los fabricantes de maquinaria y los profesionales de IT, simplificando el intercambio de datos críticos a nivel de máquina con los sistemas de negocio


Según Mike Hannah, director de negocio de producto para redes de Rockwell Automation

 

 

 

 

En un mundo cada vez más complejo, las personas son atraídas de forma natural por la tecnología que entienden y por las herramientas que hacen la vida más fácil. Pero el camino hacia una solución sencilla es a menudo largo y requiere de la innovación de ingeniería para transformar lo técnicamente complejo en una experiencia de usuario sin esfuerzo. Thomas Edison, por ejemplo, probó 6.000 materiales del mundo de las plantas sólo antes de descubrir que el cartón carbonizado era el mejor filamento para la bombilla eléctrica.

Cuando se trata de encontrar la red industrial ideal, muchos OEMs pueden identificarse con la búsqueda de Edison de encontrar una solución simple pero eficiente. Si bien Internet ofrece información en tiempo real a las personas en todo el planeta y Ethernet comparte información sin problemas dentro de las empresas a nivel corporativo –las redes dispares en gran parte se siguen quedando aisladas de los datos dentro de las máquinas en la mayoría de las plantas de la fábrica. En lugar de compartir la inteligencia operativa crítica entre la fábrica y el resto de la organización, estas redes especializadas dificultan la toma de decisiones, la optimización en toda la planta y la completa utilización de activos.

Además, a muchas de estas redes especializadas el paso del tiempo no les sienta demasiado bien. Tal vez fueron las redes más rápidas, a la vez que las más fiables, pero a menos que puedan adaptarse a los avances tecnológicos con facilidad, sus ventajas de rendimiento tienen un plazo corto de vida.

Los cimientos de un negocio ágil

Para lograr una verdadera agilidad en los negocios, los OEMs y sus clientes primero deben superar la brecha digital que existe entre la planta y el resto de la empresa de fabricación. Para esta tarea, los ingenieros de controles, los fabricantes de maquinaria y todos los profesionales de IT necesitan una arquitectura de red simple que actúe como un "ecosistema" común, proporcionando información en toda la empresa, en la máquina y a nivel de dispositivo. Esta racionalización de la comunicación y el acceso a los datos de producción en tiempo real puede ayudar a los fabricantes a seguir el ritmo de las demandas del mercado y aprovechar la ventaja competitiva a menudo difícil de alcanzar.

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EtherNet/IP entra en juego

Utilizando el mismo estándar Ethernet que el correo electrónico, Internet y otras aplicaciones comerciales, EtherNet/IP (con "IP", en referencia a Industrial Protocol o Protocolo Industrial) es una simple, pero robusta, plataforma de comunicaciones, la cual permite a los usuarios gestionar de forma eficaz en tiempo real el flujo de control e información de la máquina y empresa de fabricación. Su brillantez y sencillez se basan en la capacidad EtherNet/IP de ofrecer en tiempo real rendimiento, resistencia y seguridad de las soluciones de bus de campo tradicional, junto con el ancho de banda, la conectividad abierta y la aceptación mundial del estándar Ethernet.

Al estandarizar sobre EtherNet/IP, los fabricantes de maquinaria tienen una red estándar que puede reducir su coste total para diseñar, desarrollar y entregar las máquinas, mientras eliminan los riesgos y los límites asociados a las redes propietarias y dedicadas. EtherNet/IP es el único protocolo industrial que ha sido diseñado y creado para conectar desde el nivel del dispositivo hasta la infraestructura de IT del cliente final, y en todas las aplicaciones, incluyendo control discreto, de seguridad, de movimiento, de proceso y de los variadores. Esto ayuda a los fabricantes de maquinaria a conectar de forma segura el equipo con las operaciones principales y secundarias.

Para ayudar a que la máquina se ponga en marcha más rápido, Rockwell Automation y su socio Cisco han desarrollado Arquitecturas de Referencia, una serie de recomendaciones y guías de diseño probadas. La colaboración aborda temas como la elección de topologías, la seguridad, la tecnología inalámbrica y la fiabilidad, cumpliendo con los requisitos a través de variadas funciones corporativas y de fabricación para una solución de red optimizada. Las Arquitecturas de Referencia cuentan con herramientas y recursos específicos que los fabricantes de maquinaria necesitan para construir máquinas adaptadas a la tecnología. Estos recursos incluyen white papers, webcasts sobre temas como "Acceso Remoto Seguro", y han desarrollado conjuntamente switches EtherNet/IP para hacer frente a los desafíos culturales y técnicos de convergencia de las redes Ethernet.

Los OEMs con visión de futuro como Gram Equipment ya están experimentando los beneficios de la convergencia de redes, aprovechando EtherNet/IP. Localizado en el sur de Dinamarca, Gram Equipment es uno de los principales fabricantes del mundo de equipos para la producción industrial de helados. Gram Equipment deseaba simplificar la complejidad del sistema y la facilidad de uso y, por lo tanto, basó su arquitectura de control en la red EtherNet/IP. La red ayuda a sus clientes a integrar control discreto, de movimiento, de proceso y de seguridad, así como HMI y gestión de la información en toda la empresa.

Esto le ahorra cableado y componentes en sus máquinas. Pero también les ahorra el tiempo que se necesita para hacer que los sistemas se comuniquen entre sí. Además, la formación del personal se simplifica a la comprensión de una plataforma que ahora sólo es requerida para aplicaciones que anteriormente necesitaban redes separadas, como las entradas salidas de seguridad. Gram Equipment accede online para solucionar problemas y editar programas en las plantas de sus clientes en todo el mundo. Es desde Dinamarca donde se pueden solucionar problemas y reparaciones de todo tipo, hasta los puntos E/S de una planta extranjera, ahorrando a Gram Equipment y a sus clientes tiempo y gastos de viaje.

Cerutti también aprovecha EtherNet/IP para eliminar múltiples redes. Cerutti suministra máquinas flexográficas para publicar revistas y periódicos en todo el mundo. Para hacer frente a la amplia cartera de clientes de la empresa, Cerutti utiliza una combinación de siete redes diferentes. Cerutti decidió simplificar la operación y control de sus máquinas conectándose a una solución EtherNet/IP completa. Ahora sus máquinas funcionan en una red unificada. "EtherNet/IP es compatible con E/S, variadores y HMI, que puede ser compartida con los recursos de IT de la empresa y conectada a Internet. . . para comunicaciones a escala mundial", afirma Paulo Di Santo, quien dirigió el proyecto para Cerutti.

Edson Packaging también está experimentando los beneficios del ecosistema común creado por EtherNet/IP. Con sede en Hamilton, Ontario, Edson Packaging es un proveedor líder de sistemas y equipos automatizados de final de línea, que incluyen máquinas de embalaje de cajas, tecnología mecatrónica, productos industriales desviadores de carril, automatización personalizada, empacadoras y encartonadoras robóticos

"Desde la creación de nuestra envasadora a comienzos de los años 60, Edson no ha dejado de innovar y adaptar nuevas tecnologías para soluciones de final de línea - desde productos de cartonaje convencionales a este último embalador flexible", asegura Brianne Moar, director de marketing de Edson Packaging Machinery.

La nueva máquina de Edson es una empacadora de cajas robótica de carga superior con un sistema transportador de dos ejes. Esta máquina de una sola célula mide compacto 103 x 126 x 180 pulgadas y puede manejar hasta 30 kg de carga. Al aprovechar un robot Deltabot, que fusiona los sistemas de visión con ultra robots de cable de alta velocidad, la nueva encartonadora VI Edson ofrece varios niveles de capacidades de embalaje. El Deltabot se diferencia de sus competidores, ya que tiene la capacidad para llevar a cabo una fuerza de compresión alta y una capacidad de carga pesada. Un controlador de automatización programable (PAC) Allen-Bradley ControlLogix 5570 de Rockwell Automation gestiona todo el control y la ejecución del movimiento.

Mediante el uso del PAC ControlLogix, en lugar de controladores separados para el movimiento y control de la máquina, los clientes de Edson tienen que mantener menos componentes y piezas de repuesto. El controlador está estrechamente integrado a través de la red EtherNet/IP a un servo variador Allen-Bradley Kinetix 6500 y un motor de baja inercia (MPL) MP-Series™. Un switch gestionado Stratix 8000 sobre EtherNet/IP administra de manera eficaz en tiempo real el flujo de control e información de la máquina a la empresa de fabricación y de IT del cliente. Por lo general, usa una interfaz SERCOS, debido a su alta velocidad de movimiento, pero Edson utiliza EtherNet/IP para que sus clientes puedan converger a una única red para la máquina y el control de movimiento.

Otros OEMs han recurrido a la red EtherNet/IP para mejorar el rendimiento de la máquina. XCS Systems se especializa en el control de procesos de alta velocidad en la industria del envasado, principalmente, con aplicaciones en alimentos y bebidas. Usando EtherNet/IP, la empresa integró más de 160 motores y variadores en una nueva línea transportadora de envases, lo que simplifica el diseño, la configuración y la puesta en marcha del equipo, basándose en una única infraestructura de red para el control discreto y de movimiento.

"La red EtherNet/IP hace todo el enclavamiento entre máquinas, mejorando la sincronización de la máquina", explica Paul Croad, integrador de sistemas en XCS. "Permite a los ingenieros programar cualquier máquina desde cualquier parte de la línea".

Deidrich Manufacturing también se ha pasado a EtherNet/IP para mejorar el rendimiento. Deidrich, líder internacional en el diseño y la producción industrial de tostadores de granos de café, entrega más de 170 sistemas al año desde su base en Idaho. Tostar granos de café requiere una combinación precisa de calor, flujo de aire y tiempo. Sin embargo, la disminución de la fiabilidad de los equipos de la empresa amenazó la calidad de sus productos.

"La gota que colmó el vaso fue cuando tuvimos daños por un incendio a causa de un fallo en el variador", afirma Dave Williams, ingeniero de software de Deidrich. La compañía se cambió a una red EtherNet/IP que mejoró la fiabilidad de la red y la máquina. Entre las mejoras, el nuevo sistema de automatización puede alertar proactivamente a los ingenieros de mantenimiento cuando los dispositivos necesitan atención, incrementando la previsibilidad de la máquina.

Además de los diagnósticos, la topología Device-Level Ring (DLR) de EtherNet/IP mejora la fiabilidad de la red mediante la instalación de una red tolerante a fallos. La elasticidad abre la puerta a muchas más aplicaciones que se integrarán en la red EtherNet/IP. Las máquinas que son muy sensibles a cualquier fallo o tiempo de inactividad, tales como instalaciones de producción de sustancias químicas y farmacéuticas y las refinerías o plataformas petrolíferas, ahora pueden utilizar la opción de topología DLR para ayudar a asegurar la continuidad de la producción.

Y esto es sólo el principio.

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Factores que impulsan el crecimiento de EtherNet/IP

Presentada en 2001, EtherNet/IP se ha convertido en el líder mundial de redes industriales basadas en Ethernet, según IMS Research. El año pasado la base instalada mundial de nodos conectados a través de EtherNet/IP se estimó en 2,2 millones. IMS predice que el número aumentará a 5,1 millones a finales de 2013.

Hoy en día, cerca de 300 proveedores de todo el mundo ofrecen más de 850 líneas de productos EtherNet/IP. Incluso los instrumentos de proceso, tales como los medidores de flujo de masa, están en EtherNet/IP, permitiendo a todos, incluso hasta el más pequeño de los dispositivos, conectarse a través de esta red. Es sólo cuestión de tiempo que la gran demanda haga bajar aún más el coste de los chipsets Ethernet, lo que permitirá incluso que estos pequeños dispositivos se unan al grupo. EtherNet/IP también trabaja de forma transparente con todos los estándares de dispositivos Ethernet existentes que se encuentran en el mercado actual, y puede ser fácilmente compatible con los PC estándar y todos sus derivados.

Cientos de vendedores de todo el mundo apoyan este protocolo independiente. Es por esto que el fabricante de maquinaria noruego Askim Mek Verksted (AMV) eligió EtherNet/IP cuando necesitó actualizar la arquitectura de bus de campo de la máquina de embalaje de fibra de vidrio. La máquina necesitaba flexibilidad para hacer frente a diferentes tipos de productos y recetas con una interrupción mínima. Apostar por EtherNet/IP permitió a los ingenieros de AMV elegir los mejores componentes de entre muchas opciones interoperables.

Debido a que utiliza la tecnología IP estándar, EtherNet/IP llega a convertirse en "invisible" para los fabricantes que continuamente sacan ventaja de los desarrollos comerciales -esencialmente preparando a los usuarios para cualquier innovación futura. Hoy en día, el vídeo y la voz sobre IP ofrecen una garantía importante para los OEMs y sus clientes, proporcionando soporte remoto, capacidades avanzadas de diagnóstico y otras oportunidades para una óptima colaboración en tiempo real. Mañana, puede que sea una nueva movilidad o las capacidades de virtualización o algo que todavía tenemos que imaginarnos.

Los beneficios de los OEM se convierten en ganancias para el usuario final

Mediante el uso de las redes EtherNet/IP en el diseño de la máquina, los OEMs pueden reaccionar rápidamente a los problemas de la máquina de sus clientes, así como proporcionar servicios predictivos y proactivos. Con la reducción del personal de las empresas de ingeniería y la mayor presión para adoptar rápidamente sistemas online, los usuarios finales confían en los OEMs para desarrollar y ofrecer máquinas diseñadas para una rápida integración con los sistemas existentes. La elección de un sistema de control que se conecta y se integra fácilmente con la red de fabricación del usuario final hace que sea significativamente más fácil incorporar la máquina en el entorno del usuario final, llevando a una rápida puesta en marcha y tiempo de salida al mercado.

La facilidad de integración fue una de las razones por las que W&H Systems, proveedor líder de logística y soluciones de manejo de materiales para clientes tales como grandes almacenes y compañías de venta por correo, incorporó EtherNet/IP en una máquina clasificadora de altas prestaciones para uno de sus clientes. "El diseño abierto de EtherNet/IP permite el uso de componentes existentes de bajo coste y disponibles fácilmente", comenta Kevin Kiefer, ingeniero de control de W&H Systems. "Este tipo de funcionalidad plug-and-play acelera la instalación y ayuda a simplificar los problemas de integración".

Y el valor se mantiene a largo plazo. La tecnología IP estándar proporciona a los OEMs los ojos y los oídos que necesitan para facilitar un soporte de garantía excelente y servicios de valor añadido para los clientes, incluso cuando miles de kilómetros separan a las dos compañías.

Hoy en día, los usuarios finales a menudo llaman a los OEMs para que les envíen un técnico de servicio para hacer frente a un problema de la máquina. Pero con los fabricantes de maquinaria haciendo negocios a escala nacional e incluso mundial, como si fuera una misión -a pesar del Retorno de la Automatización (ROA)-, puede resultar demasiado costoso para los márgenes de ganancias tan ajustados que hay hoy en día. Con la tecnología IP, los técnicos pueden conectarse directamente a la máquina desde una ubicación remota y realizar un diagnóstico detallado.

Se pueden montar cámaras habilitadas para Ethernet en las partes inaccesibles o difíciles de alcanzar de la máquina y permitir una visualización a las personas de dentro y de fuera de la planta. Los interfaces web pueden proporcionar a los técnicos el estado crítico de la máquina, y los técnicos pueden incluso hacer cambios críticos del programa, todo con la debida seguridad en el lugar. Tal conectividad remota puede aportar visibilidad al sistema de control completo, incluyendo los controladores, las redes, E/S, los sensores y los interfaces de operador.

Estos métodos de diagnóstico ayudan a reducir el tiempo de inactividad del usuario, así como los gastos de personal y viajes para el OEM. Además, los OEMs con EtherNet/IP pueden centrarse en la innovación, al aportar una variedad de valiosos servicios proactivos, como actualizaciones administradas de forma remota para el firmware o programas. Esto les hará a ellos y a sus máquinas más atractivos que sus competidores. Los fabricantes de maquinaria pueden realizar tareas de mantenimiento predictivo remoto de forma periódica o continua a través de la monitorización de parámetros críticos y solucionando el problema antes de que una máquina falle.

Las actualizaciones críticas sobre el rendimiento de la máquina se pueden enviar a través de correos electrónicos y mensajes simples de texto a teléfonos móviles, manteniendo a los OEM al tanto de las condiciones de la máquina allá donde ellos tengan el servicio de telefonía móvil. Aunque esta capacidad no es nueva, los usuarios finales y los OEMs temían que el acceso a sus máquinas expondría su producción a los riesgos de seguridad, así como condiciones inseguras de arranque/parada de la máquina remota. Por esta razón, Cisco y Rockwell Automation han convertido en una prioridad probar y recomendar directrices y herramientas de administración de red que se deben utilizar con el estándar Ethernet para ofrecer la seguridad administrativa requerida.

Este acceso seguro ha abierto la puerta a muchas funciones adicionales, como la posibilidad de solicitar automáticamente piezas de repuesto o materias primas proporcionadas por el OEM. Por ejemplo, cuando una máquina del usuario final se rompe, se puede enviar automáticamente un correo electrónico desde el sistema de control para que un distribuidor local reponga la pieza dañada.

EtherNet/IP, hoy y mañana

EtherNet/IP continuará superando los obstáculos planteados por las redes propias. Hoy en día, EtherNet/IP ayuda a habilitar una arquitectura de red simple y ofrece una estrategia de migración clara para los usuarios que desean comprobar que su elección de red tiene futuro. Utilizando la tecnología estándar de red IP, EtherNet/IP también ofrece la mejor opción hacia una arquitectura de red convergente, ayudando a optimizar el flujo de control y de información para lograr la optimización de toda la planta.

+ Info: EtherNet/IP Network - Allen-Bradley - Rockwell Automation