Los sensores inteligentes impulsan un cambio de paradigma en la producción

Sensores que se monitorizan: estaciones de trabajo en las que sensores y actuadores coordinan entre sí sus procesos y funciones; estructuras de producción con unidades autónomas autoorganizadas y autooptimizadas: el desarrollo de la fábrica inteligente significa un cambio de paradigma en la implementación de procesos de fabricación y logística interna. Se demanda inteligencia y capacidad de comunicación en el nivel de campo: las tecnologías de sensores más modernas de Sick satisfacen estas exigencias.

La feria de Hannover de 2016 lo dejó claro: la Industria 4.0 y la fábrica inteligente del futuro ya son una realidad. Los motores del desarrollo son la máxima flexibilidad, transparencia y disponibilidad posible en la producción y la logística, pero también aspectos como la colaboración hombre-máquina y la optimización del uso de los recursos. Con Smart Sensor Solutions, Sick ofrece una gama de sensores con capacidad de conexión en red y a prueba de futuro que contribuye a satisfacer estas exigencias y que ofrece además la posibilidad de ejecutar de forma descentralizada funciones de automatización, Smart Tasks.

La inteligencia y la capacidad de comunicación de Smart Sensor Solutions abre numerosas posibilidades para aumentar la productividad de las máquinas. Desde la misma integración y primera puesta en servicio de los sensores es posible visualizar, probar y optimizar diferentes ajustes de parámetros. Además es posible almacenar en el sistema de automatización diferentes parámetros de sensores (“configuraciones”) de manera específica según el pedido, el formato y cargarlos sin pérdida de tiempo en el sensor durante el funcionamiento. Aquellas máquinas e instalaciones en las que se produce un cambio frecuente de variantes de productos (por ejemplo, distintos tamaños o lotes de embalaje) son las principales beneficiadas de esta funcionalidad, que permite un reajuste rápido y seguro respecto al proceso.

El ajuste flexible y simultáneo de tantos sensores como se desee directamente desde el controlador mediante la descarga de parámetros como, por ejemplo, alcance de exploración, histéresis o umbral de conmutación, ahorra tiempo, evita errores y se puede monitorizar en todo momento. Si un Smart Sensor indica al sistema de automatización una merma de funcionamiento existente o esperada, es posible realizar una sustitución rápida: tras la conexión del sensor de sustitución, este es comprobado y confirmado por el sistema de automatización. A continuación, los últimos datos válidos específicos de la aplicación del sensor sustituido se transfieren de forma directa y automática al nuevo sensor. No hace falta realizar otros ajustes manuales y, por tanto, la máquina puede reiniciarse tras un tiempo de parada mínimo.

Los componentes de la automatización industrial en el entorno de producción o en instalaciones intralogísticas están expuestos permanentemente a las influencias ambientales, por ejemplo, polvo, abrasión de cartón, humedad o vibraciones. Los sensores de Sick, además de estar especificados desde una perspectiva mecánica, eléctrica y óptica para las condiciones de uso más duras, gracias a sus funciones de autochequeo también mejoran el rendimiento y la disponibilidad de máquinas, incluso con un grado intenso de utilización y un elevado ritmo de producción. Los datos de diagnóstico pueden utilizarse en el nivel de las máquinas y también en herramientas de análisis basadas en la nube para detectar oportunamente fallos potenciales y evitarlos mediante un mantenimiento predictivo.

Los intervalos de servicio pueden optimizarse de forma programada, aprovechando por ejemplo una parada planificada de la máquina para la limpieza o el mantenimiento de un sensor. De este modo, el Condition Monitoring del sensor tiene una influencia directa en la disponibilidad de la máquina. Asimismo, los sensores inteligentes de Sick ofrecen al operario de la maquinaria la posibilidad de visualizar datos de funcionamiento y ajustes. Con un vistazo a su terminal HMI, el operario puede saber cómo funciona y si el sensor se acerca a valores de tolerancia críticos.

Los sistemas de producción ciberfísicos (CPPS), como son los medios de explotación inteligentes, permiten un control descentralizado en la Industria 4.0, con capacidad de reacción y adaptación de la producción y la logística. El requisito para ello es la utilización intensificada de información de sensores disponible de manera descentralizada para, por ejemplo, crear circuitos de regulación locales condicionados según la situación. Por tanto, el concepto Smart Sensor Solutions es una “tecnología habilitadora” para la fábrica inteligente.

En interacción con otros sensores o actuadores inteligentes y con capacidad de comunicación, las funciones pueden realizarse de modo autocontenido. Por ejemplo, si una fotocélula inteligente detecta la presencia, el sentido y la velocidad de movimiento de un componente, esta puede enviar la información directamente a una pinza inteligente que recoge la pieza de manera dinámica y la recoloca para el siguiente paso de mecanizado. Una vez realizado lo anterior, el sistema de automatización recibe únicamente una señal OK de tal modo que el siguiente paso del proceso puede iniciarse.

No obstante, el sistema de automatización propiamente ya no carga con el control directo de la función autónoma de detección/agarre. El ejemplo muestra cómo pueden colaborar los sensores inteligentes en la red de automatización asumiendo determinadas tareas para descargar el nivel de control. Smart Sensor Solutions de Sick ofrecen una serie de opciones para asumir directamente dichas funciones inteligentes, denominadas Smart Tasks.

La descentralización de las funciones inteligentes, es decir, su trasvase del sistema de automatización a los dispositivos de campo, es un enfoque con miras de futuro para diseñar con mayor eficiencia y rendimiento las redes de automatización. Los sensores inteligentes de Sick ofrecen para este propósito un valor añadido particular que destaca técnicamente en el mercado. Las Smart Tasks hacen uso de la posibilidad de comunicación directa entre sensores y actuadores, sin pasar por un sistema de automatización y ahorrando un tiempo a menudo crítico. Una de estas funcionalidades típicas es el recuento a alta velocidad. Por ejemplo, con sensores inductivos y fotocélulas es posible detectar y controlar las revoluciones, identificar sentidos de giro o detectar y contar objetos.

La evaluación de las señales tiene lugar en los sensores; no se necesitan módulos contadores centrales. Al controlador no se emiten impulsos; solo se emiten directamente valores de número de revoluciones, velocidad o recuento con capacidad de procesamiento sucesivo. La medición de tiempo y longitud es un ejemplo más de funcionalidad descentralizada. Los sensores inteligentes detectan y comunican directamente la dimensión de un producto, por ejemplo, la longitud, el tamaño de los huecos entre objetos separados o la velocidad de un transportador.

Todo esto tiene lugar sin intervención del sistema de automatización central, con lo cual queda descargado de estas tareas; en determinadas circunstancias, componentes de automatización complejos pueden ser reemplazados por sensores inteligentes. El resultado son ahorros de costes en hardware y programación. En aplicaciones en las que, como consecuencia del proceso o el entorno, es necesario detectar y contar objetos con un gran número de señales parásitas, la funcionalidad de supresión de rebotes del sensor inteligente demuestra su valía. Permite evaluar señales mediante un retardo de tiempo configurable e identificar como perturbadoras y suprimir señales de apenas unos pocos milisegundos.

Esta evaluación tiene lugar dentro del sensor. Ni el controlador ni la red se cargan con numerosas señales críticas que podrían hacer que la evaluación afectara al proceso. La capacidad de rastreo por medio de una función de marca de tiempo realizada en el sensor permite la sincronización funcional, sin retardo, de unidades sensor-actuador. Los efectos de fluctuación como los que pueden producirse en la transmisión de señales al PLC y la ejecución de programas que tiene lugar aquí se evitan mediante la sincronización en tiempo real con el marca de tiempo. De este modo pueden alcanzarse mayores velocidades en la máquina, así como una activación muy precisa de los actuadores.

El potencial de uso de los sensores inteligentes es incremental y se orienta a una ganancia de eficiencia gradual para formulaciones existentes, por ejemplo la descarga de parámetros para un reequipamiento rápido y un cambio sencillo de dispositivos, la administración de fórmulas y el Condition Monitoring. El grado de innovación de Smart Sensor Solutions presenta además un componente radical. Con su inteligencia descentralizada están capacitados para ejecutar Smart Tasks y, de este modo, generar información de detección nueva y de mayor valor. Dado el caso, en combinación con un sensor adicional, esta información puede ponerse a disposición de los sistemas de nivel superior (PLC, ERP, nube).

Este potencial de innovación incremental y radical abre perspectivas disruptivas, como las inherentes a la Industria 4.0. Los sensores inteligentes combinan un gran número de funciones de integración y autonomía, así como opciones para el Internet de las cosas y el Internet de los servicios. Con ellos, máquinas, instalaciones y fábricas se conectarán en red de forma inteligente, trabajarán con gran autonomía, se adaptarán entre sí y lograrán de este modo la máxima flexibilidad en todos los niveles. El cambio de paradigma en la producción (motivado por sensores inteligentes y con capacidad de comunicación) avanza a plena marcha.