Momento clave en el desarrollo de la automatización industrial: ¿Cómo cambiará el PLC virtual la automatización?

    Desde la aparición de la Industria 4.0 hace más de una década, la tecnología de la información (TI) ha estado influyendo en los sistemas de automatización industrial. Esta iniciativa ha hecho que los participantes industriales reacios al riesgo reconozcan el valor y los beneficios de utilizar una arquitectura "ITificada", por ejemplo, mediante la obtención de datos de procesos en bruto para lograr una optimización continua. También ha creado una visión futura impulsada por datos, que modela y prueba productos y procesos de producción a través de gemelos digitales.

　　La "ITificación" de la arquitectura de automatización comenzó con redes industriales basadas en Ethernet y dio lugar a la creación del borde industrial, un espacio donde la automatización tradicional y el mundo IT convergen en el taller de la fábrica. A medida que esta tendencia continúa, ahora estamos presenciando la migración del control en tiempo real desde hardware dedicado hacia entornos IT gestionados.

　　 Comenzando desde el centro de datos

　　El centro de datos es uno de los ámbitos donde se aplica la tecnología de virtualización. Antes de la virtualización, los centros de datos consistían en servidores dedicados que ejecutaban una sola aplicación (base de datos, correo electrónico, compartición de archivos, gestión de relaciones con clientes, planificación de recursos empresariales). Cada servidor debía ser gestionado, configurado y ampliado individualmente para satisfacer las necesidades de su aplicación o servicio. La virtualización redujo enormemente el número de servidores físicos necesarios, disminuyó el consumo de energía y proporcionó una mejor visibilidad y manejabilidad para las operaciones de TI. La virtualización de servidores fue un paso hacia los actuales centros de datos definidos por software e infraestructuras de computación en la nube.

　　La tecnología de automatización industrial parece estar avanzando por un camino similar. Tercer Fábrica de Instrumentos de Automatización de Shanghái Para las soluciones de automatización, esta transformación significa integrar múltiples funciones de automatización, como visualización, gestión de producción o control por lotes, en máquinas virtuales que se ejecutan en plataformas de hardware y software genéricas (servidores de fábrica). Aunque los dispositivos electromecánicos como sensores, actuadores y motores permanecen en las máquinas, las funciones tradicionales de los controladores lógicos programables (PLC) instalados en los armarios eléctricos ahora pueden virtualizarse en contenedores y desplegarse en servidores de fábrica junto a otros softwares. Para los operadores de máquinas, las funciones diarias del sistema de automatización deberían permanecer sin cambios, pero el personal de mantenimiento podría necesitar aprender nuevas habilidades para manejar problemas operativos.

　　 ¿Cómo cambiarán los PLC virtuales la automatización?

    La aparición de los PLC virtuales (vPLC) ha generado muchas reflexiones. ¿Pueden los PLC virtuales reemplazar directamente a los PLC tradicionales? ¿Cómo se comparan en rendimiento? ¿Qué aplicaciones seguirán siendo dominio de los PLC tradicionales? ¿Qué nuevas oportunidades crean los PLC virtuales? A continuación, se presentan algunas ventajas potenciales y consideraciones de los PLC virtuales en aplicaciones industriales.

　　 Despliegue virtual

　　A diferencia de algunos soft PLC, los PLC virtuales pueden comprarse y descargarse como aplicaciones, para luego instalarse e integrarse en entornos de borde industrial sin necesidad de estar vinculados a un PC industrial. Las plataformas de borde suelen soportar aplicaciones y dispositivos de un ecosistema de productos y soluciones en constante expansión (incluidos terceros). Por ejemplo, plataformas dedicadas como Siemens Industrial Edge ofrecen herramientas para desplegar y monitorear activos de automatización y el rendimiento de servicios, facilitando la comunicación entre aplicaciones y dispositivos mientras ocupan poco espacio.

　　 Despliegue orientado al usuario final

　　Los PLC tradicionales suelen desplegarse manualmente y sus parámetros también se configuran manualmente, mientras que los PLC virtuales se despliegan como activos de TI mediante "orquestación", es decir, el proceso de configurar, aprovisionar y gestionar activos automáticamente con herramientas IT genéricas. Con ciertas habilidades IT, los ingenieros de automatización pueden desplegar y monitorear un conjunto completo de controladores en máquinas, líneas de producción y fábricas configuradas con dispositivos definidos por software y físicos. Hoy en día, una gran fábrica puede contener cientos o miles de PLC, por lo que el potencial de ahorro de costos mediante la gestión centralizada de activos de automatización es enorme.
 

　　 Despliegue orientado a fabricantes de máquinas

　Aunque la mayoría de los fabricantes de máquinas prefieren entregar máquinas con configuraciones y programas PLC idénticos, en la práctica incluso las máquinas estándar a menudo requieren modificaciones para satisfacer las necesidades y requisitos del cliente. Los PLC virtuales ofrecen ventajas significativas a los fabricantes de máquinas: el hardware tradicional de PLC viene en diferentes tamaños y capacidades, mientras que el PLC virtual tiene un solo "modelo" que puede ampliarse o reducirse según las necesidades de cada máquina.
 

　　 Reducción de costos de capital

　　Los PLC virtuales se ejecutan en servidores, y si se instalan múltiples PLC virtuales en un solo dispositivo alojado, los usuarios pueden reducir los costos de capital. Entonces, ¿cuántos PLC virtuales se pueden instalar en un servidor y cuáles son sus limitaciones? En general, es factible un clúster de cómputo con 10 a 20 PLC virtuales por servidor, pero depende del trabajo específico del PLC virtual. El control de movimiento duro con rendimiento determinista es la prueba clave para los PLC. Algunos PLC virtuales pueden realizar tareas estándar de control de movimiento como sus homólogos basados en hardware, pero para el control de movimiento (coordinación de múltiples ejes servo), los expertos técnicos recomiendan usar PLC tradicionales y módulos técnicos dedicados para mayor seguridad.

　　 Picking (empaque primario)

　　Robots de alta velocidad para recoger y colocar pueden manejar productos que necesitan ser embalados. Estos robots pueden cargar unidades de embalaje termoformado u otros materiales de embalaje, gestionar la alimentación de máquinas de embalaje tipo almohada y formar matrices en la cinta transportadora de salida. Mediante el uso de software de clasificación propietario integrado con sistemas de visión, estos robots pueden identificar la posición, orientación y tipo de piezas, y asignar tareas al robot correspondiente para su procesamiento.

　　 Escalabilidad y flexibilidad

　　Los PLC virtuales hacen que los sistemas de automatización sean más flexibles y escalables. El tamaño del sistema puede ampliarse o reducirse simplemente cambiando el número de instancias de PLC virtuales en uso, sin necesidad de instalar o retirar hardware. Los usuarios solo pagan por los controladores que están usando actualmente, lo que es un modelo atractivo para fabricantes de máquinas que producen y transportan regularmente. Debido a su tamaño y espacio disponible, los PLC tradicionales presentan algunos desafíos para fábricas que desean escalar rápidamente. La virtualización permite desarrollar y probar nuevas estrategias de control antes de implementarlas en PLC físicos, facilitando la expansión flexible de líneas de automatización en la fábrica. Esto reduce significativamente los costos y riesgos de errores durante la expansión.

　　 Gestión de dispositivos y aplicaciones

　　Los sistemas virtualizados están "orquestados", lo que significa que las aplicaciones y dispositivos pueden desplegarse rápidamente mediante tareas automáticas, ser aprovisionados y configurados. Así, todo el sistema de automatización definido por software, dispositivos inteligentes y aplicaciones pueden desplegarse, monitorearse y gestionarse con herramientas genéricas.

　　 Soporte al sistema

　　Los fabricantes de máquinas suelen invertir mucho en el desarrollo del código PLC, por lo que no es sorprendente que los PLC virtuales generalmente soporten también el código y las estructuras de datos, permitiendo a los usuarios aprovechar su propiedad intelectual existente y herramientas de ingeniería familiares. Por ejemplo, el controlador virtual Simatic S7-1500V de Siemens se configura de la misma manera que el PLC tradicional con su software TIA Portal, por lo que los usuarios pueden continuar usando el código existente desarrollado para múltiples generaciones de PLC Siemens. Esto también aplica en sentido inverso: si es necesario, los usuarios pueden cambiar fácilmente a PLC tradicionales para reducir riesgos de cambios y apoyar una transición gradual.

　　 Mayor eficiencia

　　El PLC virtual se despliega en el borde industrial, que es el área donde los sistemas de automatización antiguos y nuevos se integran en el entorno de TI. Por ejemplo, el Simatic S7-1500V funciona en la plataforma de borde industrial de Siemens, donde se pueden monitorear centralizadamente las aplicaciones y dispositivos en este entorno universal, que fomenta la apertura y el intercambio de datos, aportando una serie de beneficios. Los usuarios pueden operar y mantener los equipos de fabricación basándose en las percepciones obtenidas a partir de datos, lo que ayuda a optimizar los procesos e incluso permite predecir antes de que ocurran paradas inesperadas y fallos. Estas funciones pueden mejorarse aún más mediante otras aplicaciones que se ejecutan en la misma plataforma de borde, como la supervisión Profinet.

　　 Costos de adquisición y ciclo de vida

　　¿Es el costo de adquisición de sistemas de automatización con PLC virtual más bajo que el de los sistemas de automatización tradicionales? ¿Y cómo se comparan sus costos de ciclo de vida con los de los sistemas PLC tradicionales? No hay un consenso definitivo sobre la comparación de costos entre PLC virtual y PLC tradicional. Aunque el PLC virtual aún requiere hardware para funcionar, los usuarios pueden desplegar múltiples PLC virtuales en un solo servidor, lo que reduce la cantidad total de dispositivos y ahorra espacio en el armario de control. Sin embargo, el PLC virtual solo reemplaza la unidad central de procesamiento (CPU) del sistema de automatización. Los módulos de entrada/salida (E/S), sensores, actuadores y paneles de operación siguen siendo necesarios, y estos pueden representar una gran parte del costo total del sistema de control.

　　Reducir los costos de ingeniería mediante el desarrollo de software lean con un enfoque DevOps, acortando el tiempo de desarrollo mientras se asegura la calidad y consistencia del código, lo que también puede lograr ahorros adicionales.

　　El lanzamiento del PLC virtual representa un momento clave en el desarrollo de la automatización industrial. Al combinar la robustez de las funciones tradicionales del PLC con la agilidad de la tecnología de virtualización, el PLC virtual ofrece flexibilidad, escalabilidad y capacidades de integración. A medida que diversas industrias continúan adoptando la transformación digital, se espera que la adopción del PLC virtual mejore la eficiencia, reduzca costos y abra nuevas oportunidades para la innovación en la industria manufacturera.

　　El significado del PLC virtual no radica en reemplazar al PLC tradicional, Shanghai Automation Instrumentation Co., Ltd.   sino en desplegar y gestionar funciones de PLC en un entorno centrado en los datos, aprovechando al máximo todas las ventajas que brindan las herramientas y desarrollos modernos de TI. Comprender las sutilezas de la virtualización y su impacto en la arquitectura de automatización será crucial. Adoptar estos avances no solo permite operaciones industriales orientadas al futuro, sino que también allana el camino para un entorno industrial más interconectado e inteligente.