Con los constantes avances tecnológicos en el área de automatización, resulta complicado pensar en qué falta por resolver en el sector industrial o en cómo mejorar las tecnologías actuales en pro de hacerlas más fáciles de usar por los operadores con el fin de favorecer la cantidad de soluciones que se pueden desarrollar con éstas.
Fig. 1: Logo IO-Link. |
En artículos anteriores hablamos sobre los principales protocolos de comunicaciones y cómo es que cada uno tiene un área de aplicación donde resuelve problemas de comunicaciones específicos que van desde la creación de redes de control en su respectivo nivel dentro de la pirámide de automatización o cómo es que la existencia de protocolos como DeviceNet o AS-Interface facilitan la conexión de actuadores en el nivel de campo e incluso cómo es que un protocolo tan reciente como EthernetIP resultan ser los primeros pasos a tecnologías nuevas como la conectividad con el almacenamiento en la nube. Esto nos permite teorizar que todos los campos están cubiertos, que no es posible mejorar o crear una solución nueva ante un problema aparentemente inexistente, sin embargo, en la mayoría de estos casos, olvidamos el factor humano, olvidamos que cada avance debe ser intencionado con el fin de favorecer a un sector específico que lo utilizará como herramienta para idear y crear nuevas metodologías en la solución de interrogantes.
Fig. 2: Protocolos de comunicaciones industriales. |
Entonces, ¿dónde entra IO-Link en
esta metodología de pensamiento? ¿Qué es lo que nos ofrece este “nuevo
protocolo” sobre las tecnologías existentes? ¿Será IO-Link la solución
universal en sus próximas iteraciones? Para resolver estas interrogantes
empecemos describiendo qué es (y qué no es) IO Link.
¿Qué es IO-Link?
Iniciando su desarrollo en 2006
siendo lanzada al público en 2009, IO-Link es una tecnología de comunicación
bidireccional orientada a la comunicación del nivel de campo dentro de un
proceso automatizado, es decir, permite el intercambio de información entre
sensores y actuadores IO-Link conectados a un controlador, el cual puede
transmitir dicha información a diversas redes, buses de campo o buses de fondo,
otorgando así, accesibilidad inmediata para realizar acciones determinadas o,
si es necesario, análisis y procesamientos exhaustivos.
Fig. 3: Dispositivos IO-Link. |
Lo anterior permite un sinfín de nuevas
posibilidades valiéndonos de la comunicación entre el nivel de control y el
nivel de campo, pues ahora los sensores y los actuadores participan de forma
activa en los procesos fungiendo como emisores que informan de manera autónoma
fallas y estados al controlador. Esto resulta en una optimización de costos y
procesos en toda la cadena de producción en todas las áreas.
Esto nos permite enunciar una
serie de ventajas de IO-Link frente a otros medios físicos a nivel de campo.
Ventajas de IO-Link
Si bien podemos englobar las
ventajas de esta tecnología en las siguientes categorías:
- Reducción de costos en general
- Mayor eficiencia del proceso
- Mayor disponibilidad de la máquina
Considero de vital importancia
detallar y ejemplificar en qué aspectos resulta ser superior ante tecnologías
contemporáneas como las mencionadas al inicio de este artículo. La mayor parte
de los beneficios de IO-Link se perciben en cuanto a costos y eficiencia se
refiere, debemos entender que esto se debe a la fácil instalación de una subred
basada en esta tecnología, es decir, se cuenta con un cableado reducido.
•Cableado normalizado y reducido:
IO-Link no requiere ningún cableado especial y puede conectarse utilizando el
estándar de 3 hilos sin apantallar de las E/S digitales convencionales, también
se elimina la necesidad de sensores analógicos y se reduce la variedad de
conjuntos de cables necesarios para los sensores, IO-Link permite configuración
maestro-esclavo con puntos de conexión pasivos. Todo esto significa un cableado
sencillo, de bajo costo y con requisitos mínimos.
•Disponibilidad de datos: IO-Link
facilita el acceso a datos a nivel de sensor con el fin de asegurar el correcto
funcionamiento de los demás componentes del sistema. Esto se logra mediante la
clasificación de datos en tres categorías que son: Datos de proceso (relativos
al estado de los sensores dentro de un proceso), datos de servicio (relativos a
parámetros e información intrínseca de los dispositivos de campo) y datos de
eventos (mensajes de error o alarmas)
•Fácil reemplazo de dispositivos:
IO-Link permite la reasignación automática de parámetros en caso de sustitución
de un dispositivo, permitiendo la puesta en marcha de forma prácticamente
inmediata.
•Diagnósticos detallados: IO-Link
proporciona visibilidad de errores y del estado de cada dispositivo, es decir
que los usuarios obtienen, además de la información del proceso, la forma en
que se está realizando una tarea en específico. Esto permite identificar
fácilmente cuando un componente no funciona de forma correcta, lo cual
significa un diagnóstico eficiente sin realizar interrupciones en la línea de
proceso.
Componentes de una red IO-Link
Al ser una tecnología cuya meta
es la simplicidad, es posible apreciar esto en los elementos requeridos para
crear una red basada en ella. Dichos componentes son los siguientes:
•Maestro IO-Link: facilita la interfaz para el sistema de control, controla la comunicación con los dispositivos IO-Link conectados y guarda datos de parámetros y el archivo IODD.
Fig. 4: Maestro IO-Link serie AL1000 de ifm. |
•PLC: se utiliza para supervisar
el estado de las entradas y controlar el estado de las salidas.
Fig. 5: PLC ControlLogix de Rockwell Automation. |
•Dispositivos IO-Link: sensores y actuadores inteligentes conectados al sistema que, además de la información del proceso, comporten datos como denominación de tipo, número de serie o parámetros de configuración.
Fig. 6: Sensores con IO-Link de ifm.
•Cable de 3 o 5 conductores: medio
físico por el cual se alimentan los dispositivos de campo, utiliza conectores
tipo M12. La alimentación del sensor ocurre en los pines 1 y 3 mientras que la
transmisión de la señal es en el pin 4.
Fig. 7: Transmisión de información por medio físico. |
•Herramienta para configuración y
asignación de parámetros: dispositivo (por lo general una computadora) que
incluye el software necesario para la programación de autómatas y, además, el archivo
IODD (IO Device Description) el cual contiene una descripción del equipo e
información de parámetros sobre los dispositivos IO-Link como son el
fabricante, el código de artículo, la funcionalidad, etc.
Especificaciones técnicas de IO-Link
- Alimentación de energía: 24 [VDC]
- Velocidad de transferencia de información: 4.8, 38.4 o 230.4 [Kbps]
- Distancia máxima: Hasta 20 [m] entre maestro y esclavo
- Nodos máximos: 8 puertos típicos para 16 conexiones E/S
- Procesamiento de hasta 32 bytes en procesos
- Detección automática de fallas a través de los datos de eventos
- Protección: IP65 o IP67 según sea el componente
- Tiempo de ciclo típico: 2 [ms]
- Topologías: árbol
- Tipo de conexión: punto a punto, serie, bidireccional, semidúplex
Fig. 8: Conectores M12. |
¿Es (o no es) un protocolo?
Cuando tratamos de encontrar información
sobre esta «nueva» tecnología salta a considerar un aspecto muy importante y es
que, a pesar de estar normalizada bajo el estándar IEC 61131 en su apéndice 9
llamado “Interfaz digital de comunicación punto a punto para sensores y
accionadores pequeños”, diversas compañías encargadas de su fabricación y
distribución suelen evitar el uso del término «estándar», lo cual puede ser
correcto e incorrecto según sea el aspecto a analizar.
Tomando la definición más básica
de protocolo de comunicación tenemos que es un sistema de reglas que permiten
que dos o más entidades de un sistema de comunicación se comuniquen entre ellas
para transmitir información por medio de cualquier tipo de variación de una
magnitud física. Bajo esta definición podríamos decir que, efectivamente,
IO-Link es un protocolo de comunicación estandarizado pues se vale de un medio
físico para comunicar sensores y controladores. Sin embargo, al revisar la arquitectura
de una red basada en IO-Link encontramos que, si bien se logra establecer dicha
comunicación, esta no ocurre de forma nativa como la que puede darse al emplear
estándares como HART o la dupla ControlNet-DeviceNet. Observamos que existe un
intermediario (llamado maestro IO-Link) entre los niveles de campo y de control
el cual restringe la clasificación de esta tecnología como un protocolo real y
la deja en términos de ser, únicamente, una subred pues se limita su
aplicación a un nivel de campo.
Si bien es una práctica común el
tener diversos tipos de tecnologías coexistiendo en un proceso con el fin de
mejorar su escalabilidad, la limitación proveniente del alcance de IO-Link es
una cuestión de naturaleza ajena al simplemente desear variedad de componentes
y fabricantes dentro de nuestros procesos. Entonces, ¿este detalle hace de
IO-Link una mala tecnología? La respuesta es un rotundo no, pues considero que
existen más ventajas dentro de su campo de aplicación que limitantes al
analizar un entorno industrial completo.
Fig. 9: Red de automatización con subred IO-Link. |
Conclusiones
Es sorprendente la forma en que
las nuevas tecnologías permiten mejorar las soluciones que podemos desarrollar,
pues cuando vemos el alcance y toda la información que nos brindan los dispositivos
basados en IO-Link donde realizar diagnósticos y mantenimientos se vuelve algo
tan trivial que no requiere de estar a la expectativa de si un componente
empieza a mostrar desgaste en su funcionamiento o de esperar hasta que falle
para que sea reemplazado dentro de una cadena producción como solía hacerse
antes de esta revolución industrial.
Podríamos incluso decir que, con
la llegada de nuevas tecnologías, se resuelven problemas que no sabíamos que
teníamos pues, como indica la tendencia, cada vez se apuesta en favor de la
operación basada en servicios de conectividad que significa tener toda la
información posible de todos los dispositivos para mejorar la eficiencia de
nuestra planta al entender cómo es que éstos se comportan y cómo es que su vida
útil se transforma a lo largo del tiempo.
Sabemos que IO-Link no es la
solución definitiva que todos buscamos, sin embargo, es uno de los primeros
pasos que nos permitirán alcanzar una mejor tecnología que aproveche los
aciertos que IO-Link tiene y que mejorará aquellos rubros donde necesita un
mejor desarrollo.
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