Integración PLC-a-Nube sin fisuras: Aprovechando IoT para recuperación de datos en tiempo real

La integración sin fisuras de componentes IIoT incluyendo hardware IoT, software y protocolos de comunicación ha ocurrido en pasos incrementales para 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 poco o ningún análisis estaba disponible. Los datos aún necesitaban ser introducidos en plataformas de software independientes a nivel de gestión. Hubo problemas de interoperabilidad entre software simple y sistemas de nivel empresarial y un límite a la velocidad y profundidad que los sistemas podían procesar datos para consumo. La visualización disponible solía limitarse a HMIs a nivel de máquina.

Desde los años 70, los sistemas de automatización industrial a menudo han dependido de PLCs. Las plataformas cloud han avanzado hasta el punto de que están diseñadas para trabajar con estos PLCs bajo protocolos estandarizados. Los PLCs pueden transferir datos a la plataforma cloud. Los datos se analizan y entregan a sistemas y personas para mejorar productividad, impulsar mejora de procesos, reducir desperdicio y ofrecer insights accionables a usuarios.

El PLC y la Nube: ¿Qué Son?

Los PLCs y plataformas cloud son dos piezas distintas necesarias para sistemas de monitorización de fábrica y plataformas de analíticas IoT. Son muy diferentes en aplicación y dependen el uno del otro para que un sistema moderno de automatización y monitorización IIoT funcione. Entender sus diferencias ayudará a los usuarios a entender cómo enviar datos de PLC a la nube.

Controlador Lógico Programable (PLC)

Los Controladores Lógicos Programables, o PLCs, fueron desarrollados para uso en sistemas de automatización. Los primeros modelos eran capaces de funcionalidad de control básica pero no tenían capacidades analíticas o computacionales avanzadas.

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

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

Los PLCs actuales pueden aceptar tanto protocolos OT como IT. La mayoría tienen seguridad integrada o pueden asegurarse como parte de una plataforma IIoT integrada. Con avances en capacidades, los PLCs también han sido empoderados como dispositivos edge que ayudan a mover datos OT a la esfera IT, residiendo más comúnmente en una plataforma cloud.

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

La Nube

La explosión de datos resultante de dispositivos edge, avances en PLCs, tecnología IoT y otros dispositivos de adquisición de datos presenta una oportunidad para recopilar datos y aprovecharlos para valor no disponible anteriormente. Sin embargo, el coste de añadir servidores físicos, mantenerlos y mantenerlos seguros podría abrumar a muchas empresas.

La nube representa el concepto de almacenamiento de datos descentralizado y acceso vía internet. En lugar de gestionar datos de empresa en un servidor on-premises, los datos pueden transmitirse a la nube desde múltiples fuentes y almacenarse remotamente. Las empresas también pueden acceder a plataformas de analíticas avanzadas y servicios no disponibles al alojar internamente.

Los datos se almacenan, limpian, organizan y analizan vía una conexión a internet con la nube. Los datos devueltos (en forma de insights, métricas calculadas, visualizaciones o simplemente datos uniformes en bruto) se entregan vía internet a un terminal, laptop, tablet o HMI a nivel de máquina.

Más información: Guía del Fabricante para Computación en la Nube

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

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

Con más y más equipos de fabricación integrados con tecnología IIoT y PLCs avanzados, esto presenta un problema competitivo que es tanto práctico como financiero. PLC y plataformas cloud tienen sentido de negocio.

Usar la nube da a las empresas acceso a actualizaciones de software inmediatas, reduce significativamente costes de infraestructura y mantenimiento de TI costosos, y da a fabricantes acceso a analíticas avanzadas y algoritmos de aprendizaje automático impulsados por IA.

Soluciones de datos cloud, como la Plataforma IoT Industrial de MachineMetrics, ofrecen a fabricantes beneficios significativos que mejoran múltiples áreas de su negocio, ya sea que esté en la planta o en casa.

PLC a Nube: Cómo Leer Datos de un PLC

Enviar y actualizar datos en la nube se hace implementando un protocolo estandarizado o usando un adaptador cloud. Esta transmisión es crucial para acceder a datos y control amigable para el usuario desde múltiples fuentes como HMIs, PC, laptops y tablets.

Implementando un Protocolo Estandarizado

El protocolo cloud más común es MQTT. MQTT transfiere mensajes de ida y vuelta entre dispositivos y es adecuado para acceso remoto sobre ancho de banda limitado. Comúnmente corre con TCP/IP pero puede correr en cualquier conexión bidireccional estructurada.

El protocolo MQTT permite comunicación entre un sensor o colección de sensores (clientes MQTT) y un broker MQTT. El broker actúa como un policía de tráfico, recibiendo todos los mensajes y enrutándolos al destino correcto - como otro cliente MQTT, un dispositivo de edge computing o la nube.

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

Haciendo Uso de un Adaptador Cloud

En muchos tipos de automatización de fábrica, la comunicación sobre protocolos de bus de campo locales como Modbus, BACnet y muchos otros requiere un gateway IIoT. No están construidos para comunicación directa con la nube, y abrir un puerto de comunicación directo crearía riesgos de seguridad.

Un adaptador cloud recopila todos los datos in situ antes de transferirlos a la nube. Una vez establecida la conexión cloud, los datos son adecuadamente cifrados y enviados. A diferencia de una conexión perdida usando el protocolo MQTT, un adaptador cloud hace buffer de datos para que puedan recuperarse si es necesario.

Pasos para Enviar Datos de un PLC a la Nube

El valor de datos en tiempo real en fabricación es enorme. Analizar datos en una plataforma cloud usando una plataforma avanzada de datos de máquina como MachineMetrics entrega insights accionables y mayor valor. Sin embargo, obtener datos de muchos dispositivos y PLCs a la nube, y asegurar que estén estandarizados, es crucial para que plataformas basadas en cloud funcionen.

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

1. Crear Etiquetas para Datos de PLC

Los datos recopilados de PLCs deben definirse estratégicamente. Esta estrategia incluye crear etiquetas para qué datos se recopilan y almacenan. Estas etiquetas pueden incluir entradas de sensores para temperatura, humedad u otras condiciones ambientales, incluyendo uso de potencia o datos vibracionales para mantenimiento.

MachineMetrics puede realizar análisis avanzado de datos generados a través de equipos, permitiendo monitorización de máquinas o impulsando casos de uso avanzados como mantenimiento predictivo.

Saber qué etiquetas usar ayudará a entregar datos relevantes que pueden convertirse en acción por sistemas, interacción humana u otros procesos automatizados.

2. Preparar Herramientas de Sistema Requeridas

La comunicación PLC a nube en un sistema IIoT requiere una conexión a internet. El acceso a internet debe ser robusto y alimentado por routers capaces de manejar un amplio rango de direcciones IP. También es esencial evaluar la conectividad Ethernet ya que algunos dispositivos tienen esta conectividad mientras que otros pueden requerir un gateway edge.

Una plataforma IoT Industrial es necesaria para analizar y entregar insights a usuarios una vez que los datos comienzan a fluir. La plataforma y dispositivos MachineMetrics funcionan fuera de la caja, permitiendo analíticas de datos rápidamente después del arranque.

3. Instalar el Gateway IoT de PLC

MachineMetrics puede conectar y comenzar a recopilar datos de PLCs y otros dispositivos en minutos. Las empresas pueden configurar su gateway IoT industrial sobre internet y añadir el router apropiado prontamente.

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

Los PLCs pueden accederse a través del software del PLC o haciendo ping al sistema para usar una conexión VPN. Una vez conectados, la configuración de datos ahora es posible para el PLC. MachineMetrics ofrece flexibilidad de sistema y permite conexión sobre EtherNet, Wi-Fi y celular, así que el acceso a datos de PLC es posible usando múltiples métodos.

4. Configurar un Protocolo de Datos de PLC

Los PLCs requieren protocolos específicos para recopilar datos. Estos protocolos incluyen las variables a recopilar y dónde residen esas variables.

El PLC primero debe configurarse usando las instrucciones de programación del fabricante. También pueden programarse a través del router de la plataforma IoT. Después de la configuración, se añade la dirección de cada PLC y se seleccionan las variables para los datos que el PLC monitorizará y recopilará.

5. Configurar Variables y Etiquetas

En este punto, los datos han sido definidos y la conectividad ha sido probada. Las variables pueden añadirse para cada PLC, y las etiquetas pueden designar cómo cada variable se registrará. Las etiquetas pueden ser basadas en tiempo para disparar acción según sea necesario, y también pueden basarse en cambio de condición a nivel de máquina. También pueden dispararse basándose en información entregada a ellos vía un broker MQTT desde otro PLC.

6. Crear Paneles de PLC

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

La plataforma MachineMetrics también incluye la capacidad para contextualización de operador e entrada directa a nivel de máquina. Muchas aplicaciones de MachineMetrics pueden configurarse y personalizarse fuera de la caja para entregar una experiencia a medida en poco tiempo.

7. Monitorización en Tiempo Real y Alertas Proactivas

No hay sustituto para la monitorización en tiempo real por una plataforma IoT basada en nube. Los datos recibidos de PLCs y otros dispositivos se analizan y se entregan insights, ofreciendo alertas proactivas. Estas pueden indicar paradas de máquina, problemas inminentes, falta de material y más. Porque estas alertas se basan en el estado actual de la máquina, operadores y técnicos pueden actuar rápido para reducir inactividad y desperdicio. Los gerentes también tienen acceso a datos que reflejan el estado en tiempo real de la planta de producción.

Conectar Varios Dispositivos a una Sola Nube

Instalando un Adaptador

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

Raspberry PI es una pequeña computadora del tamaño de una tarjeta de crédito que puede enchufarse en un gabinete y programarse para actuar como un adaptador cloud para aceptar protocolos de comunicación de varios PCs. Su tamaño pequeño, bajo consumo y simplicidad de programación ayudan a tender el puente entre PLCs y plataformas cloud basadas en IIoT.

Tenga en cuenta: Una solución como esta será increíblemente intensiva en recursos para construir y mantener manualmente. Por esto, automatizar la conectividad y recopilación de datos en todos los equipos es tan importante. Seleccionar la solución correcta de recopilación de datos de máquina crea una base para mejora continua en la que no solo pueden confiar equipos enteros, sino también todos los demás sistemas de fabricación, desde CMMS hasta ERP.

Recopilar Datos Locales

Una vez instalado el adaptador cloud, cada PLC usando un protocolo diferente necesitará conectarse usando la interfaz web del proveedor de servicios cloud. Cada plataforma comercial IIoT proporcionará una interfaz web vía acceso a internet. OPC UA es un estándar popular porque funciona bien con dispositivos que soportan PLCs con protocolos propietarios.

OPC UA se usa más a menudo que OPC DA porque OPC DA es menos seguro, no permite la generación de alarmas y solo trata datos en tiempo real. En contraste, OPC UA permite acceso a fuentes de datos históricas y la capacidad de establecer y disparar alarmas.

Diseñar Visualización de Datos

Una vez que la recopilación de datos locales ha sido habilitada, las variables de PLC pueden añadirse a los paneles. Una vez añadidas, aparecerán en dispositivos de visualización disponibles como HMIs y serán incluidas en datos analizados en adelante.

Usar MachineMetrics para Recopilar y Analizar Datos de PLC

La comunicación PLC a nube es una parte vital de lo que permite a IIoT entregar valor. MachineMetrics ofrece una solución cloud poderosa, flexible y ágil para convertir datos de PLC en insights accionables que mejoran control de procesos, bajan costes y aumentan eficiencia. Conecte fácilmente máquinas, sensores y PLCs para extraer valiosos datos de producción para que personas y sistemas puedan tomar decisiones mejores y más rápidas.

Comience a poner sus datos de PLC y máquina a trabajar con MachineMetrics. ¿Quiere verlo en acción?

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