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Un análisis sobre las diferentes tecnologías inalámbricas para la comunicación entre los diferentes ‘objetos’ inteligentes de una planta industrial

AEI525-5G, ¿la solución definitiva para la industria?

Rockwell apertura 38266
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Mucho se ha hablado durante los últimos tiempos del llamado Internet de las cosas (IOT). También de su versión para la industria (IIOT) y de sus esperados beneficios en múltiples aplicaciones. Sin embargo, poco se ha hecho hasta el momento de forma real esperando la llegada del famoso 5G. Pero, ¿es ésta la única opción para comunicar objetos alejados e inteligentes? ¿Es esta red suficientemente segura para la industria? ¿Qué ocurre con los instrumentos que no pueden ser conectados a la red eléctrica? ¿Es el coste del 5G adecuado para cualquier tipo de solución? ¿Qué alternativas existen? Las respuestas a éstas y otras preguntas relacionadas con las diversas redes inalámbricas para IOT, a continuación.


Aunque no se pare de hablar de ella, la tecnología 5G “no es la única opción”. Al menos así lo considera Daniel Benítez Almarza, Technology Consultant en Rockwell Automation, puesto que, actualmente, “ya se está comunicando con objetos alejados e inteligentes sin usar la red 5G. Por tanto, cuando sea una tecnología estable se sumará a las opciones existentes con sus cosas positivas y negativas, igual que las tecnologías actuales como redes Wifi, bluethoot, radio, satélites, infrarrojos, etc…”. También en su opinión, “los instrumentos que no puedan ser conectados a la red eléctrica necesitan fuentes de alimentación alternativas, que no puedo valorar, ya que no tengo información del consumo que necesitan”. Así, “alternativas similares a las que promete el 5G, las encontramos en la Wi-Fi-6, que tiene una implementación más avanzada y que se ajusta mejor a las necesidades de una planta industrial”.


“Existen multitud de opciones de comunicación Wireless en las que incluimos comunicaciones entre sensores, Gateways y conectividad móvil. Muchas de estas se aplican en el ámbito de las Smart Cities, uso doméstico, agricultura, etc…”, añade, por su parte, Marta Coto Sauras, Rosemount Product Manager | Measurement & Analytical de Emerson. Según considera, si hablamos de aplicaciones en el entorno industrial, los requerimientos son más exigentes y debemos diferenciar escenarios para definir su aplicabilidad:


  • WirelessHART diseñado y optimizado para redes entre sensores con más de 12 años de experiencia.
  • La tecnología celular 5G o la comunicación Wifi industrial son buenas opciones para llevar información desde puntos remotos (Data-Backhaul) en los que hay alimentación local, o conexiones a la nube, entre otras.

Para Luis Montero, Director de Soluciones Data, IoT & AI de Microsoft, la nube, el proceso perimetral y la IoT están avanzando para transformar sectores enteros y crear oportunidades que hace solo unos años no eran posibles. “Con el auge de la conectividad móvil 5G, hay más posibilidades aún de ofrecer experiencias envolventes y en tiempo real que tengan requisitos muy exigentes de conectividad y latencia ultrabaja. El 5G abre nuevas fronteras con una banda ancha móvil mejorada que es hasta 10 veces más rápida, una comunicación confiable de baja latencia –tiempo de espera– y capacidad para conectar millones de dispositivos”.


Por último, Carlos Carús, Head of Technology, Amazon Web Services (AWS) Iberia, considera que el Internet de las Cosas industrial (IIoT) conecta máquinas, la nube, análisis de datos y personas para mejorar el rendimiento y la productividad de los procesos industriales. “Gracias al IoT/IIoT, las organizaciones industriales pueden digitalizar procesos, transformar modelos de negocio y mejorar el rendimiento y la productividad, al tiempo que reducen los costes. Estas empresas, que operan en diferentes sectores como fabricación, energía, agricultura, transporte y servicios públicos, trabajan en proyectos de IoT que conectan miles de millones de dispositivos y aportan valor para una gran variedad de casos de uso, como el análisis predictivo de la calidad y el mantenimiento, la monitorización del estado de los activos y la optimización de procesos”.


Más allá del 5G: otras propuestas


“Para redes de sensores WirelessHART se posiciona como líder con 12 años de experiencia en el despliegue de redes”, apuesta Coto Sauras, “está basado en redes malladas auto- organizadas, estándar internacional IEC 62591, interoperable, seguro y diseñado para ofrecer una elevada fiabilidad en las comunicaciones, baja latencia y conectividad con mínimo consumo de energía en los entornos más desafiantes de la monitorización y automatización de procesos”. Y para redes Wireless de planta, se presenta Wifi como alternativa al 5G y es aplicable en los mismos casos que este:


  • Data Backhaul o Redes de equipos con comunicación Wifi (operadores móviles, cámaras, videos, tablets…).
  • Conexión de datos con la nube

“En el caso de las redes Wifi, se componen de puntos de acceso wifi y operan en un ancho de banda alto. La seguridad y fiabilidad de estas redes se rigen por estándares de seguridad de IT que garantizan en todo momento una coexistencia robusta y cumplimiento con exigencias de seguridad industrial. La infraestructura Wifi se ajusta y asegura la arquitectura de seguridad en la planta ante amenazas, interferencias e intrusos”, explican desde Emerson. Mientras, en Rockwell Automation, desde el inicio de la introducción de la red Ethernet en la planta industrial, siempre se ha apostado por una red Ethernet estándar sin necesidad de equipamiento específico ni segregación de redes.


El Gateway 1410S de nueva generación se conecta a la radio antena 781S por cable de comunicación RS485 ofreciendo una capacidad de hasta 200 instrumentos en una misma red WirelessHART.


“La utilización del protocolo CIP (EtherNet/IP), como método principal de comunicación, nos permite usar cualquier implementación de red Ethernet que respete el modelo OSI de 7 capas. El protocolo CIP presente en las capas 5, 6 y 7 interrelacionan con capa de transporte 4 (TCP/UDP) que está perfectamente definida por el documento RFC793 y RFC769”, considera Daniel Benítez. Por tanto, lo que Rockwell Automation propone para la comunicación entre los diferentes ‘objetos’ inteligentes de una planta industrial es la utilización de cualquier tecnología que permita el uso de los protocolos de transporte TCP/UDP como, por ejemplo, redes Wifi, bluetooth, radio…


Ventajas


“La tecnología del protocolo CIP (EtherNet/IP) nos garantiza una compatibilidad actual y futura con todas las nuevas mejoras que se realicen sin tener que rediseñar el protocolo”, continúa el Technology Consultant, “cualquier mejora en las capas 3 (Red - IP) 2 (Enlace de Datos) o 1 (física) son 100% compatibles con el protocolo CIP. Esto nos da una gran compatibilidad a largo plazo que en instalaciones industriales se valora muy positivamente”. Respecto a las ventajas de WirelessHART, según indican desde Emerson, ofrece muchas funcionalidades que hace que sea “la mejor tecnología para redes de sensores en las plantas”:


  • Topología de red mallada auto-organizada con hasta 7 saltos en las comunicaciones, garantiza una fiabilidad en las comunicaciones del 99%.
  • Facilidad de comisionado con mínimos requerimientos de infraestructura en entornos de elevada densidad de estructuras y cambiantes.
  • Las redes Wireless se han desarrollado con unos niveles de seguridad muy exigentes manteniendo la simplicidad para el usuario. El nivel de seguridad no es configurable.
  • Estándar internacional certificado por IEC
  • Actualización de variables desde 1s
  • Los instrumentos WirelessHART incorporan la tecnología de sincronización temporal en las comunicaciones (TDMA) y el modo “sleep”, lo que garantiza una elevada duración de la batería (hasta 10 años con 8 s de actualización).
  • Cada instrumento tiene habilitado un puerto HART, lo que permite configuración a través de comunicadores de campo como si se tratara de equipos cableados.
  • Permite acceso a diagnósticos detallados de los instrumentos (por ejemplo, espectros de vibraciones) y configuración centralizada de los elementos de la red.
  • Permite integración de datos en los sistemas existentes: DCS, PLC; histórico de planta, sistemas de gestión de activos mediante protocolos industriales como Modbus TCP/IP, OPC, Ethernet IP.
  • Test y registro independiente de interoperabilidad entre instrumentos y con sistemas.

¿Solución definitiva o convivencia?


En este punto, nos hacemos la siguiente pregunta: ¿Es el 5G la solución definitiva o convivirán diferentes soluciones adaptadas a las características de cada aplicación? Daniel Benitez Almarza responde tajante: “La ‘solución definitiva’ ni existe ni existirá. Siempre hay necesidades particulares de las infinitas instalaciones industriales que requieren de un estudio detallado. El 5G podría ser en un futuro la solución óptima en muchas de ellas, pero ni lo será en todas las instalaciones ni lo será para siempre. Por ejemplo, actualmente hay que tener muy en cuenta la tecnología Wi-Fi-6 para instalaciones ‘Indoor’”. Una opinión que también comparte Marta Coto Sauras al afirmar que en los ambientes industriales “no hay un único protocolo Wireless que pueda resolver eficientemente todas las aplicaciones”. Y añade: “WirelessHART está específicamente diseñado y optimizado para Comunicaciones entre sensores. Las tecnologías de comunicación celular como el 5G pueden coexistir con protocolos industriales como WirelessHART a través de Gateway específicos. Y, para aplicaciones críticas o datos de mayor sensibilidad, optaríamos por una infraestructura Wifi, como alternativa al 5G, con niveles de seguridad ante amenazas, interferencias, intrusos de máxima exigencia”. Así las cosas, y según las consideraciones de ambos expertos, no parece que el 5G será la tecnología reina que abarque las conexiones inalámbricas para la comunicación entre los diferentes ‘objetos’ inteligentes de una planta industrial; más bien todo apunta a su convivencia con otro tipo de tecnologías que a día de hoy están funcionando muy bien en ese entorno. El tiempo dirá si se cumplen o no estos pronósticos.


UN EJEMPLO REAL Y LOS RESULTADOS OBTENIDOS


Marta Coto Sauras, Rosemount Product Manager | Measurement & Analytical de Emerson explica que cuentan con múltiples ejemplos de referencia en las que se han desplegado redes WirelessHART para detección de corrosión, medidas de vibraciones, detección de fugas en PRV o purgadores de vapor. “Planteamos un ejemplo en el que una planta química está interesada en la monitorización de 40 válvulas de alivio de presión (PRV) a partir de una tecnología no intrusiva, localizada en ambiente peligroso, con actualización de las variables de 60s e integrando la información de eventos de alivio en analíticas ubicadas localmente en la planta. Consideramos en este análisis factores como: duración de la batería, infraestructura requerida y actualización de la variable para los equipos de medida. En el supuesto de aumentar la frecuencia de actualización de las variables de 60s a 8s con la finalidad de obtener una mejor resolución, mejorar el cumplimiento con normativa ambiental y reducir emisiones, podríamos esperar, al igual que con actualizaciones de 60s, una duración de batería de hasta 10 años con WirelessHART. Con esta tecnología además dispondríamos de una capacidad extra del Gateway existente para añadir 60 instrumentos adicionales. Según este análisis, con otras tecnologías basadas en telefonía, incluso a 60s de actualización y en el escenario industrial estaría limitado a 1año y medio frente a los 10 años con WirelessHART con actualizaciones de 8s”.


Este artículo aparece publicado en el nº 525 de Automática e Instrumentación, págs. 48 a 51.

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