Antecedentes
La Industria 4.0 está transformando la forma en que los fabricantes de procesos construyen, operan y mantienen activos. Para mantenerse competitivos y sostenibles, los fabricantes deben aprovechar las últimas tecnologías e implementar capacidades de fábrica inteligente. Prácticamente todos los aspectos de la gestión de la producción y la energía, activos de la cadena de suministro y ciclos de vida de producción pueden mejorarse con la transformación digital.

La digitalización y el Internet Industrial de las Cosas (IIoT) permiten a los fabricantes de procesos optimizar recursos y abordar prioridades estratégicas, como mejorar la calidad del producto, reducir el consumo de energía, minimizar el tiempo de inactividad, disminuir los costos de mantenimiento y mejorar la seguridad operativa mediante la monitorización automatizada. Los gerentes de fábrica pueden utilizar datos en tiempo real y análisis inteligentes para optimizar la gestión de la producción y la productividad.

Para un fabricante de cepillos de dientes en Vietnam que buscaba transformar sus instalaciones existentes en una fábrica inteligente, el punto de partida fue la digitalización y la interconectividad del equipo. Necesitaban una solución para la monitorización y control remoto de máquinas para mejorar la eficiencia de gestión y automatizar operaciones críticas. Con el IIoT, la información del equipo puede intercambiarse de extremo a extremo, lo que permite a los fabricantes identificar ineficiencias y problemas más rápidamente, proporcionando inteligencia empresarial que ahorra tiempo y dinero.

Requisitos del Sistema
Para mejorar la productividad, reducir los costos de mano de obra y visualizar eficazmente los datos de equipos y sensores, el fabricante de cepillos de dientes necesitaba automatizar la recopilación de datos y el control del proceso. El primer paso implicaba implementar la monitorización remota de datos críticos del proceso, como el tiempo de ciclo, E/S encendido-apagado, alertas de error, estado de válvulas de presión, parámetros de energía y recuento de sensores de inyección de plástico, así como mediciones digitalizadas de temperatura y humedad.

Sin embargo, debido a que la línea de producción estaba compuesta principalmente por dispositivos sin conexión a Internet, los operadores de máquinas dependían de la recopilación de datos en papel y del monitoreo en persona. Mientras que la falta de digitalización impedía la recopilación y análisis de datos integrados, las instalaciones a gran escala y las distancias entre las áreas de equipos dificultaban la instalación de cables de red de comunicación.

Para habilitar la conectividad de red para la monitorización integrada del estado de la máquina y los datos de producción, necesitaban una solución de visualización de datos de punto a punto que pudiera implementarse rápidamente sin costos importantes o cambios en la línea de producción existente. Aunque las tecnologías avanzadas pueden mejorar el control del flujo y reducir los desperdicios del proceso, no había suficiente espacio para instalar equipos adicionales. En su lugar, la solución necesitaba integrarse fácilmente con su infraestructura existente, admitir conectividad inalámbrica y funcionalidad plug-and-play, y contar con una interfaz fácil de usar para una configuración conveniente.

Implementación del Proyecto

• WISE-4220+WISE-S251: Módulo I/O Inalámbrico IoT Wi-Fi 2.4G + 6DI Módulo I/O Inalámbrico con 1RS-485 I/O
• ECU-1051TL: Puerta de Enlace IoT 2LAN 2COM Modbus/BACnet/101/104/DNP3/PLC/Azure/AWS

Descripción del Sistema
El fabricante implementó una solución que consta de una capa de adquisición de datos, una capa de transferencia de datos/protocolo, una capa de tratamiento de datos y un sistema de gestión MES/SCADA. La puerta de enlace de comunicación industrial ECU-1051TL de Advantech y los módulos I/O inalámbricos WISE-4220-A+WISE-S251-A se utilizaron como la capa de adquisición de datos para recopilar datos del equipo. Todos los datos recopilados se convierten al formato Modbus TCP por el sistema MES/SCADA y luego se transfieren a un servidor privado/nube utilizando el protocolo MQTT.

El módulo I/O WISE-4220+WISE-S251 es un diseño de grado industrial que ofrece un amplio rango de temperatura de operación (-25 ~ 70 °C/-13 ~ 158 °F) y diversos I/O (AI, DI, DO, Relay, RS-485) para una operación confiable y una adquisición de datos conveniente, mientras que el soporte para montaje en riel DIN, pared, apilado y poste permite una implementación fácil sin cables. En caso de desconexiones de red, el registrador de datos incluido puede guardar hasta 10,000 lecturas de datos con marca de tiempo para asegurar que no se pierdan datos, y los datos guardados sin conexión pueden ser retransmitidos una vez que se restablece la conexión.

Impulsada por un procesador ARM Cortex™-A8, la puerta de enlace ECU-1051TL proporciona una plataforma abierta con dos puertos Ethernet 10/100. Para garantizar la compatibilidad con diversos PLC, admite una variedad de protocolos de comunicación (DNP3.0, OPC-UA, BACnet/IP, Modbus RTU/TCP y MQTT) y varios métodos de transmisión de datos, incluyendo Ethernet RJ45 y mini-PCIe para expansión Wi-Fi/4G/tarjeta SIM.

También se incluye en la solución el controlador PID de doble bucle ADAM-6022 de Advantech con software de utilidad que permite a los gerentes de fábrica configurar fácilmente los parámetros PID y monitorear los puntos de control del control a través de un navegador web. De manera similar, la provisión de un sistema operativo Linux y el SDK WISE-PaaS/EdgeLink abierto permiten a los integradores de sistemas desarrollar aplicaciones para necesidades específicas de monitoreo, como aplicaciones distribuidas o basadas en la nube que requieren soluciones de comunicación Ethernet completamente inalámbricas.

Diagrama del Sistema

Beneficios
Los módulos I/O inalámbricos de Advantech proporcionaron funcionalidad plug-and-play para una implementación flexible tanto en interiores como en exteriores sin necesidad de cableado adicional. Esto ayudó a los gerentes de fábrica con un despliegue rápido, ahorrando tiempo e costos de instalación. Los datos de la línea de producción se recopilaron y transfirieron al sistema de ejecución de fabricación para una monitorización remota en tiempo real desde una ubicación centralizada, optimizando flujos de trabajo y reduciendo el tiempo de inactividad de la producción. A través de la monitorización del rendimiento general del equipo (OEE), la solución ayudó a reducir el tiempo de inactividad de la línea de producción en al menos un 2%, lo que proporcionó ahorros anuales de aproximadamente US$20,000.

Los dispositivos inalámbricos de Advantech también admiten el cifrado AES-128 para transmisiones de datos seguras de extremo a extremo, así como la continuidad de desconexión para recuperar datos almacenados localmente después de la recuperación de la red. Esto protege los datos durante su transporte y minimiza las pérdidas de datos, permitiendo a los fabricantes utilizar tecnologías de comunicación de venta libre para construir redes Wi-Fi de alta cobertura y alta compatibilidad con solo unos pocos módulos I/O. Con las soluciones de I/O inalámbricas de Advantech, los fabricantes pueden reimaginar sus redes de comunicación internas y procesos de producción para avanzar hacia un futuro más sostenible.