Ventajas de Ethernet APL y la preparación para el futuro
Trasfondo: A diferencia de 4…20 mA, las interferencias de señal o las derivas se detectan de inmediato, lo que aumenta la fiabilidad de las mediciones del proceso.
El hardware de Ethernet APL es aproximadamente un 5 % más caro que las E/S remotas, pero sigue siendo más rentable que el cableado directo tradicional. Si bien los costes del hardware son mayores en comparación con 4…20 mA o HART, APL permite ahorrar en la ingeniería, la integración y la puesta en marcha: las elevadas tasas de datos, el cableado sencillo y la total transparencia de los datos aceleran los procesos y reducen los fallos. Esta estimación se basa en estudios, análisis de costes, proyectos piloto y la experiencia en sistemas reales.
Las mejoras en la eficiencia compensan los costes iniciales ligeramente superiores, mientras que las ventajas adicionales como la estandarización de los datos de los instrumentos, la mejora de las opciones de diagnóstico y la mayor facilidad para sustituirlos tienen un impacto a largo plazo.
Conclusión: Ethernet APL resulta rentable, sobre todo por el ahorro de tiempo, la menor probabilidad de fallos y la simplificación de los procesos en comparación con todas las tecnologías establecidas.
Ethernet APL cuenta con el soporte y el desarrollo continuo de los principales fabricantes de sistemas e instrumentos de campo. Numerosos proyectos piloto confirman el alto nivel de aceptación de la tecnología. Para los usuarios, esto significa que los instrumentos de diferentes fabricantes funcionan a la perfección, son fáciles de integrar y ofrecen disponibilidad a largo plazo,
ideal
para sistemas estables y preparados para el futuro.
La estandarización garantiza que los instrumentos también puedan integrarse en futuras generaciones de sistemas de control y soluciones de automatización.
Ethernet APL se considera excepcionalmente fiable porque se basa en una transmisión de datos fiable a través de cables de dos hilos robustos, lo que reduce significativamente la interferencia de la señal. Incluso en el caso de cables largos o en entornos con numerosas interferencias, la comunicación se mantiene estable, lo que permite unos tiempos de respuesta rápidos y unos intervalos de mantenimiento programados fiables.
Asimismo, la tecnología Ethernet, de eficacia probada, se ha desarrollado específicamente para las exigencias de la industria de procesos: la seguridad intrínseca integrada y la protección contra explosiones garantizan un funcionamiento seguro incluso en áreas explosivas.
Integración en sistemas existentes y documentación
APL es compatible con la detección automática de instrumentos mediante archivos GSDML, servidores web o funciones de copia de seguridad. El sistema puede configurar automáticamente un instrumento recién instalado y adoptar la parametrización existente. Esto simplifica enormemente la sustitución de los sensores o actuadores, sobre todo en plantas grandes con numerosos instrumentos de campo.
Trasfondo:
Mediante los tres mecanismos siguientes, el sistema detecta automáticamente qué instrumento se ha conectado, carga los parámetros correspondientes y los integra en el sistema, sin necesidad de ninguna reprogramación manual. Esto ahorra tiempo, reduce los errores y resulta una gran ventaja en sistemas grandes con numerosos instrumentos de campo.
1. Descripción del instrumento mediante archivos GSDML
- Archivo GSDML: cada instrumento APL contiene un archivo XML estandarizado que describe sus propiedades, los parámetros de comunicación y las opciones de configuración.
- Conexión del instrumento: al conectarse, el instrumento transmite sus datos GSDML al sistema de control.
- Integración del sistema: el sistema de control lee el archivo, reconoce el instrumento, conoce los parámetros disponibles y lo integra correctamente en el sistema.
2. Servidor web en el instrumento
- Los instrumentos APL de VEGA disponen de un servidor web integrado.
- El usuario puede acceder al instrumento directamente a través del sistema de control, consultar sus propiedades y configurarlo.
3. Funciones de copia de seguridad y configuración
- El instrumento transfiere la parametrización existente al sistema de control. Los datos transferidos se guardan en una base de datos o archivo de proyecto para que puedan recargarse en el instrumento en caso necesario.
- Al sustituir un instrumento, estos parámetros se transfieren automáticamente al nuevo.
El número depende de la potencia de la Power-over-APL y de la distribución de corriente a través del conmutador. Normalmente, se pueden utilizar entre 8 y 24 instrumentos por segmento, teniendo en cuenta la resistencia del cable y el presupuesto de potencia.
Muchos cables de dos hilos existentes pueden reutilizarse. Sin embargo, el requisito previo es que los sistemas de control y la infraestructura de conmutación sean compatibles con APL.
Trasfondo: APL utiliza el mismo principio físico de dos hilos que los instrumentos de campo clásicos, pero permite mayores tasas de datos y una alimentación a través de APL (Power-over-APL). Esto significa que, en muchos casos, se puede conservar el cableado existente y solo es necesario sustituir los instrumentos finales o los conmutadores, sin tener que modernizar todo el sistema.
APL requiere unas longitudes de cable, una segmentación y unas topologías definidas. El software de planificación facilita el diseño de la red, así como la simulación de límites de potencia, requisitos de ancho de banda y rutas de diagnóstico de fallos. El uso de 2-WISE simplifica aún más la planificación y la documentación, ya que la alimentación y la transmisión de datos se pueden asignar a dos cables de forma estandarizada.
Seguridad, normas y estándares
Ethernet APL reduce el número de pasarelas necesarias, ya que los instrumentos se pueden integrar directamente en el nivel de control. Los datos relevantes para la seguridad (Safety) se pueden transmitir de forma fiable y certificada a través de la misma red. El elevado ancho de banda de 10 Mbps permite que los datos de proceso, los diagnósticos y las aplicaciones IIoT se ejecuten en paralelo sin afectar al control. Las redes segmentadas, los conmutadores controlados y el cifrado también contribuyen a la ciberseguridad.
En concreto, esto significa que necesita menos hardware y que puede integrar procesos relevantes para la seguridad directamente en la red y, al mismo tiempo, evaluar en paralelo los datos de medición y análisis, mientras la red permanece protegida contra el acceso no autorizado.
Los instrumentos APL se pueden utilizar en Zonas Ex hasta la Zona 0, si están certificados según el principio 2-WISE. Con la tecnología 2-WISE, se consigue una alimentación y una transmisión segura y simultánea de los datos a través de solo dos hilos, de modo que no se producen chispas ni hay energía inadmisible en áreas explosivas.
Trasfondo: Las normas de seguridad intrínseca (SI), junto con las especificaciones físicas de Ethernet APL, garantizan el funcionamiento seguro de los instrumentos.
Estrategias de mantenimiento y reparación modernas
APL es compatible con PA-DIM y OPC UA. Se integra en el contexto de la Industria 4.0 y NAMUR Open Architecture (NOA), ya que los datos de proceso y diagnóstico pueden estar disponibles de forma transparente para los sistemas de control, las plataformas de análisis o las aplicaciones en la nube.
Trasfondo: El cumplimiento de estos estándares garantiza la interoperabilidad de instrumentos de diferentes fabricantes y el procesamiento estandarizado de los datos de diagnóstico.
El diagnóstico en tiempo real permite un mantenimiento específico. Las advertencias según NAMUR NE 107 o mediante PA-DIM se pueden leer de forma centralizada y procesarse automáticamente. Actualmente, se transmiten principalmente valores estáticos, como el estado del instrumento o los estados de los valores medidos, lo que permite una rápida detección de los fallos y una planificación de las reparaciones más específica.
En el futuro, parece ser que todo avanza hacia el mantenimiento predictivo, en el que los instrumentos pueden predecir fallos inminentes mediante el análisis continuo de los datos.
Ethernet APL permite proporcionar más información directamente desde el campo sin necesidad de pasarelas adicionales. Esto abre nuevas posibilidades para una estrategia de mantenimiento más eficiente, reduciendo las paradas no planificadas y coordinando de forma óptima las medidas de mantenimiento.
Si desea implementar Ethernet APL en su planta, debe prepararse específicamente para ello. VEGA también ofrece cursos de formación prácticos sobre APL, tanto por internet como presenciales. No solo aprenderá la teoría, sino también el uso práctico de los instrumentos de campo y las herramientas de software de VEGA.
Los siguientes temas son generalmente importantes:
- Fundamentos de la tecnología: comprensión de las propiedades físicas de APL, transmisión de datos determinista y segmentación de la red.
- Integración en sistemas existentes: conocimiento de cómo se integran los instrumentos de campo APL en los sistemas de control, PLC y sistemas de Asset Management existentes.
- Configuración y diagnóstico de instrumentos: trabajo con archivos GSDML, servidores web, funciones de copia de seguridad y uso de datos de diagnóstico para el mantenimiento y la optimización.
- Aspectos de seguridad: protección contra explosiones, seguridad de la red y medidas de ciberseguridad.
- Aplicaciones prácticas y mejores prácticas: casos de uso en plantas nuevas y existentes, flujos de datos paralelos a PLC y plataformas IIoT, y mantenimiento predictivo.
Digitalización y aplicaciones IIoT
Con Ethernet APL, las aplicaciones IIoT ya se pueden implementar de forma mucho más sencilla y fiable, incluso en zonas con riesgo de explosión, ya que con Ethernet APL, Ethernet llega por primera vez al nivel del instrumento de campo, eliminando así las barreras de acceso a los datos, como las pasarelas o los convertidores con un ancho de banda de datos muy limitado.
Esta conexión Ethernet directa a nivel de campo permite que las aplicaciones IIoT-utilicen, por ejemplo, principios NOA o conexiones directas a sistemas Asset Management o en la nube.
Trasfondo: APL admite múltiples canales de comunicación a la vez, lo que permite que las tareas de control tradicionales y el análisis/la optimización de datos en IIoT se ejecuten de forma independiente entre sí.
Ejemplo: Un sensor de presión puede enviar sus valores medidos simultáneamente al PLC para tareas de control y a una plataforma en la nube para el análisis y la optimización, sin que los procesos interfieran entre sí.
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