PLC a la nube:uso de IoT para leer datos de un PLC

La integración perfecta de los componentes de IIoT, incluido el hardware, el software y los protocolos de comunicación de IoT, se ha producido en pasos incrementales para los fabricantes.

Los primeros sistemas de automatización industrial eran sensores básicos, interruptores de límite y otros dispositivos que alimentaban datos directamente a una impresión o HMI donde había poco o ningún análisis disponible. Todavía era necesario introducir datos en plataformas de software independientes a nivel de gestión. Hubo problemas con la interoperabilidad entre el software simple y los sistemas de nivel empresarial y un límite a la velocidad y la profundidad que los sistemas podían procesar los datos para el consumo. La visualización disponible generalmente se limitaba a las HMI a nivel de máquina.

Desde la década de 1970, los sistemas de automatización industrial a menudo se han basado en PLC. Las plataformas en la nube han avanzado hasta el punto de que están diseñadas para funcionar con estos PLC bajo protocolos estandarizados. Los PLC pueden transferir datos a la plataforma en la nube. Los datos se analizan y entregan a los sistemas y personas para mejorar la productividad, impulsar la mejora de procesos, reducir el desperdicio y ofrecer información práctica a los usuarios.

El PLC y la Nube:¿Qué son?

Los PLC y las plataformas en la nube son dos piezas distintas necesarias para los sistemas de monitoreo de fábrica y las plataformas de análisis de IoT. Son muy diferentes en su aplicación y dependen unos de otros para que funcione un sistema moderno de automatización y monitoreo de IIoT. Comprender sus diferencias ayudará a los usuarios a entender cómo enviar datos desde PLC a la nube.

Controlador Lógico Programable (PLC)

Los controladores lógicos programables, o PLC, se desarrollaron para su uso en sistemas de automatización. Los primeros modelos eran capaces de una funcionalidad de control básica, pero no tenían análisis avanzados o capacidades computacionales.

También carecían de estructuras de datos, usaban programación propietaria que tenía que hacerse a través de una computadora portátil en el gabinete del PLC y estaban limitados a un protocolo de comunicación específico.

Estas limitaciones obligaron a los departamentos de TI a crear un sistema ad hoc interno de componentes superpuestos, hardware y configuración de dispositivos para crear un enfoque personalizado. Estos sistemas caseros estaban abiertos a violaciones de seguridad, eran costosos de mantener y tenían poca conectividad IoT. Por lo general, estaban fuera del alcance de muchas pequeñas empresas en las que los recursos de capital y habilidades eran escasos.

Los PLC actuales pueden aceptar tanto protocolos OT como IT. La mayoría tiene seguridad integrada o puede protegerse como parte de una plataforma IIoT integrada. Con los avances en las capacidades, los PLC también se han fortalecido como dispositivos de borde que ayudan a mover los datos de OT a la esfera de TI, que residen más comúnmente en una plataforma en la nube.

A Type1 Light S - CPU PUM11 de Toshiba. [Fuente]

La Nube

La explosión de datos resultante de los dispositivos de borde, los avances en PLC, la tecnología IoT y otros dispositivos de adquisición de datos presenta una oportunidad para recopilar datos y aprovecharlos para obtener un valor que antes no estaba disponible. Sin embargo, el costo de agregar servidores físicos, mantenerlos y mantenerlos seguros podría abrumar a muchas empresas.

La nube representa el concepto de almacenamiento descentralizado de datos y acceso a través de Internet. En lugar de administrar los datos de la empresa en un servidor local, los datos pueden transmitirse a la nube desde múltiples fuentes y almacenarse de forma remota. Las empresas también pueden acceder a plataformas y servicios de análisis avanzados que no están disponibles cuando se alojan internamente.

Los datos se almacenan, limpian, organizan y analizan a través de una conexión a Internet con la nube. Los datos devueltos (en forma de información, métricas calculadas, visualizaciones o simplemente datos uniformes sin procesar) se entregan a través de Internet a una terminal, computadora portátil, tableta o HMI a nivel de máquina.

Obtenga más información:una guía del fabricante para la computación en la nube

¿Por qué es necesario utilizar una solución basada en la nube?

El volumen de datos generados por los dispositivos en el punto de generación puede abrumar a los servidores internos y de TI tradicionales. Las empresas que intentan mantener los sistemas tradicionales perderán oportunidades, perderán datos o no podrán analizar adecuadamente los datos para su uso porque no pueden almacenarlos todos de manera rentable.

Con más y más equipos de fabricación integrados con tecnología IIoT y PLC avanzados, esto presenta un problema competitivo que es tanto práctico como financiero. Las plataformas PLC y en la nube tienen sentido empresarial.

El uso de la nube brinda a las empresas acceso a actualizaciones de software inmediatas, reduce significativamente los costosos costos y el mantenimiento de la infraestructura de TI, y brinda a los fabricantes acceso a análisis avanzados y algoritmos de aprendizaje automático con tecnología de IA.

Las soluciones de datos en la nube, como la plataforma IoT industrial de MachineMetrics, ofrecen a los fabricantes beneficios significativos que mejoran múltiples áreas de su negocio, ya sea que esté en el taller o en casa.

PLC a la nube:cómo leer datos de un PLC

El envío y la actualización de datos en la nube se realiza implementando un protocolo estándar o utilizando un adaptador de nube. Esta transmisión es crucial para acceder a los datos y al control fácil de usar desde múltiples fuentes, como HMI, PC, computadoras portátiles y tabletas.

Implementación de un protocolo estandarizado

El protocolo de nube más común es MQTT. MQTT transfiere mensajes de ida y vuelta entre dispositivos y es adecuado para el acceso remoto con un ancho de banda limitado. Por lo general, se ejecuta con TCP/IP, pero puede ejecutarse en cualquier conexión bidireccional estructurada.

El protocolo MQTT permite la comunicación entre un sensor o conjunto de sensores (clientes MQTT) y un intermediario MQTT. El corredor actúa como un policía de tráfico, recibe todos los mensajes y los enruta al destino correcto, como otro cliente MQTT, un dispositivo informático perimetral o la nube.

La ventaja de usar un protocolo estandarizado como MQTT es que es bien conocido, está estructurado y permite un movimiento simple a la nube. Sin embargo, configurar los PLC para MQTT es complicado y los datos pueden perderse si falla una conexión.

Hacer uso de un adaptador de nube

En muchos tipos de automatización de fábrica, la comunicación a través de protocolos de bus de campo locales como Modbus, BACnet y muchos otros requiere una puerta de enlace IIoT. No están diseñados para la comunicación directa en la nube y abrir un puerto de comunicación directa crearía riesgos de seguridad.

Un adaptador de nube recopila todos los datos en el sitio antes de transferirlos a la nube. Una vez que se establece la conexión a la nube, los datos se cifran y envían adecuadamente. A diferencia de una conexión perdida que usa el protocolo MQTT, un adaptador de nube almacena los datos para que puedan recuperarse si es necesario.

Pasos para enviar datos desde un PLC a la nube

El valor de los datos en tiempo real en la fabricación es enorme. El análisis de datos en una plataforma en la nube utilizando una plataforma de datos de máquina avanzada como MachineMetrics ofrece información procesable y mayor valor. Sin embargo, llevar datos de muchos dispositivos y PLC a la nube y garantizar que estén estandarizados es crucial para que las plataformas basadas en la nube funcionen.

Sin una solución como MachineMetrics que pueda habilitar la conectividad de la máquina, el sensor y el PLC, este proceso deberá completarse (y mantenerse ) manualmente. Puede tomar varios pasos para asegurarse de que los datos de los PLC se entreguen correctamente a la plataforma en la nube. Estos pasos incluyen:

1. Creación de etiquetas para datos de PLC

Los datos recopilados de los PLC deben definirse estratégicamente. Esta estrategia incluye la creación de etiquetas para las cuales se recopilan y almacenan datos. Estas etiquetas pueden incluir entradas de sensores de temperatura, humedad u otras condiciones ambientales, incluido el uso de energía o datos de vibración para mantenimiento.

MachineMetrics puede realizar un análisis avanzado de los datos generados en los equipos, lo que permite el monitoreo de máquinas o impulsa casos de uso avanzados, como el mantenimiento predictivo.

Saber qué etiquetas usar ayudará a entregar datos relevantes que los sistemas, la interacción humana u otros procesos automatizados pueden convertir en acciones.

2. Preparación de las herramientas del sistema necesarias

La comunicación de PLC a nube en un sistema IIoT requiere una conexión a Internet. El acceso a Internet debe ser robusto y alimentado por enrutadores capaces de manejar un amplio rango de direcciones IP. También es fundamental evaluar la conectividad Ethernet, ya que algunos dispositivos cuentan con esta conectividad, mientras que otros pueden requerir una puerta de enlace perimetral.

Se necesita una plataforma de IoT industrial para analizar y brindar información a los usuarios una vez que los datos comienzan a llegar. La plataforma y los dispositivos de MachineMetrics funcionan de manera inmediata, lo que permite el análisis de datos rápidamente después del inicio.

3. Instalación de la puerta de enlace IoT del PLC

MachineMetrics puede conectarse y comenzar a recopilar datos de PLC y otros dispositivos en minutos. Las empresas pueden configurar su puerta de enlace IoT industrial a través de Internet y agregar el enrutador apropiado de inmediato.

Sin una solución de conectividad como MachineMetrics, las etiquetas de datos tendrían que mapearse manualmente para estandarizar los datos del equipo. El dispositivo perimetral de MachineMetrics hace que esto sea mucho más fácil gracias al software del dispositivo.

Se puede acceder a los PLC a través del software de PLC o haciendo ping al sistema para usar una conexión VPN. Una vez conectado, ahora es posible la configuración de datos para el PLC. MachineMetrics ofrece flexibilidad del sistema y permite la conexión a través de EtherNet, Wi-Fi y celular, por lo que es posible acceder a los datos del PLC utilizando varios métodos.

4. Configuración de un protocolo de datos de PLC

Los PLC requieren protocolos específicos para recopilar datos. Estos protocolos incluyen las variables que se recopilarán y dónde residen esas variables.

Primero se debe configurar el PLC utilizando las instrucciones de programación del fabricante. También se pueden programar a través del enrutador de la plataforma IoT. Después de la configuración, se agrega la dirección de cada PLC y se seleccionan las variables para los datos que el PLC monitoreará y recopilará.

5. Configuración de variables y etiquetas

En este punto, se han definido los datos y se ha probado la conectividad. Se pueden agregar variables para cada PLC y las etiquetas pueden designar cómo se registrará cada variable. Las etiquetas pueden basarse en el tiempo para activar la acción según sea necesario, y también pueden basarse en el cambio de condición a nivel de la máquina. También se pueden activar en función de la información que se les entregue a través de un agente MQTT de otro PLC.

6. Creación de paneles de PLC

MachineMetrics ofrece una rica visualización y tableros dinámicos en tiempo real. Las pantallas de producción listas para usar pueden ser en tiempo real o históricas y permiten la visibilidad de las métricas más importantes de una planta.

La plataforma MachineMetrics también incluye la capacidad de contextualización del operador y entrada directa al nivel de la máquina. Muchas aplicaciones de MachineMetrics se pueden configurar y personalizar de inmediato para brindar una experiencia personalizada en poco tiempo.

7. Monitoreo en tiempo real y alertas proactivas

No hay sustituto para el monitoreo en tiempo real por una plataforma IoT basada en la nube. Los datos recibidos de los PLC y otros dispositivos se analizan y se entregan conocimientos, ofreciendo alertas proactivas. Estos pueden indicar paradas de la máquina, problemas inminentes, falta de material y más. Debido a que estas alertas se basan en el estado actual de la máquina, los operadores y técnicos pueden actuar rápidamente para reducir el tiempo de inactividad y el desperdicio. Los gerentes también tienen acceso a datos que reflejan el estado en tiempo real del piso de producción.

Conectar varios dispositivos a una sola nube

Instalación de un adaptador

Las plataformas IIoT pueden manejar datos de muchos dispositivos simultáneamente. Pero, ¿cómo obtienes datos de varios dispositivos diferentes usando diferentes protocolos? Un ejemplo sería el uso de un adaptador de nube como Raspberry PI.

Raspberry PI es una pequeña computadora de tarjeta de crédito que se puede conectar a un gabinete y programar para actuar como un adaptador de nube para aceptar protocolos de comunicación de varias PC. Su pequeño tamaño, bajo consumo y simplicidad de programación ayudan a cerrar la brecha entre los PLC y las plataformas basadas en la nube de IIoT.

Tenga en cuenta:una solución como esta requerirá muchos recursos para construirla y mantenerla manualmente. Por eso es tan importante automatizar la conectividad y la recopilación de datos en todos los equipos. La selección de la solución de recopilación de datos de la máquina adecuada crea una base para la mejora continua en la que no solo pueden confiar equipos completos, sino también todos los demás sistemas de fabricación, desde CMMS hasta ERP.

Recopilación de datos locales

Una vez que se instala el adaptador de nube, cada PLC que use un protocolo diferente deberá conectarse mediante la interfaz web del proveedor de servicios de nube. Cada plataforma comercial IIoT proporcionará una interfaz web a través de acceso a Internet. OPC UA es un estándar popular porque funciona bien con dispositivos que admiten PLC con protocolos propietarios.

OPC UA se usa con más frecuencia que OPC DA porque OPC DA es menos seguro, no permite la generación de alarmas y solo trata datos en tiempo real. Por el contrario, OPC UA permite el acceso a fuentes de datos históricas y la capacidad de configurar y activar alarmas.

Diseño de visualización de datos

Una vez que se ha habilitado la recopilación de datos locales, las variables de PLC se pueden agregar a los tableros. Una vez que se agreguen, aparecerán en los dispositivos de visualización disponibles, como HMI, y se incluirán en los datos analizados en el futuro.

Uso de MachineMetrics para recopilar y analizar datos de PLC

La comunicación de PLC a la nube es una parte vital de lo que permite que IIoT brinde valor. MachineMetrics ofrece una solución en la nube potente, flexible y ágil para convertir los datos de PLC en conocimientos útiles que mejoran el control de procesos, reducen los costos y aumentan la eficiencia. Conecte fácilmente máquinas, sensores y PLC para extraer valiosos datos de producción para que las personas y los sistemas puedan tomar decisiones mejores y más rápidas.

Comience a poner a trabajar su PLC y los datos de su máquina con MachineMetrics. ¿Quieres verlo en acción?

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