Automatismos independientes de sistemas operativos, basados en Internet: Una integración de mantenimiento y visualización de procesos a la distancia *

Raúl Roberto Steimbach, Kühn Controls S.L., director gerente, Neuenbürg, Alemania y Pamplona, España.

( * Traducido al castellano por el autor. Título original alemán: Plattformunabhängige WEB-Basierte Automatisierung: Eine Integration von Fernwartung und Prozessvisualisierung.)

 Abstract 

Computer-independent web-based automation: An integration of teleservice and process visualization

The web-based automation and process visualization allows a seamless and contiguous communication within the enterprise.
These advantages join together the teleservice and the process visualization.
The systematic use of already established standards like Ethernet, TCP/IP, Java, HTML, JavaScript and CSS allows the access to the machine data and process at any time and place.
The maintenance can access to the machine.
The production and the industrial engineering can access to the processes.
Security aspects are taken into consideration and treated accordingly.
Keynotes: automation, process control and visualization, teleservice, maintenance.

Introducción

En el pasado estaban las máquinas y las instalaciones productivas como así también la sección de mantenimiento en un mismo sitio.
Los fabricantes de dichas máquinas y los correspondientes proveedores se encontraban también en la zona inmediata.
Para la asistencia técnica del entorno fabril era esto un ámbito ideal.

Clientes y proveedores se podían encontrar rápidamente y solucionar los problemas directamente en el lugar de los hechos.
Este ámbito ideal es cada vez más difícil de encontrarlo.

En la actualidad y también en el futuro, a raíz de los efectos de la globalización, y debido a la repartición del valor añadido en las empresas, unido a esto el creciente avance del grado de automatización y complejidad de la maquinaria y de las instalaciones productivas, hacen indispensable una comunicación integrada, transparente, rápida y fiable entre todos sus miembros.

Hoy en día es insuficiente trasladar una planta de fabricación (o una parte de ella) en el extranjero, sino que hay que integrarla luego informáticamente al resto de la empresa.
Dicha situación se hace muy claramente visible en las diferentes secciones o departamentos de las empresas:

Mientras que los departamentos de planificación de la producción o preparación del trabajo se interesan por la disponibilidad y carga de máquinas, las secciones de mantenimiento preventivo se interesan por los datos técnicos y de funcionamiento.
No por último los departamentos de gestión combinan en forma adecuada los datos ganados y agregan los suyos, efectuando así tareas de investigación operativa (operations research) para los ejecutivos de alta dirección.

Estado técnico actual

En la realización práctica de un proyecto de integración en la empresa, es rápidamente fácil de percibir que el entorno de oficina ya está muy bién y modernamente equipado con sistemas de procesamiento de datos y posee redes estándares corporativas (LAN o WAN). Igualmente dispone de personal TI altamente capacitado.
Dicho en otras palabras: una muy buena infraestructura TI.

El ámbito fabril, que resulta día a día más sofisticado, posee cada vez mejores y potentes autómatas, accionadores eléctricos y equipos de pruebas, se encuentran éstos en los pocos casos comunicados entre sí.
Y si lo están, son éstos dependientes de un fabricante y tecnología, siendo por lo general tecnológicamente obsoletos.
En el mercado se encuentran casi tantos sistemas de bus y protocolos de transmisión como fabricantes mismos.
Dicha variedad demanda grandes inversiones y personal altamente capacitado tanto para el empresario como para el encargado del mantenimiento.

Una integración con otras máquinas y bienes productivos es casi imposible o muy costosa y sofisticada. Solo es posible utilizando módulos hardware de acople y software de licencia exclusiva.
No es raro que a consecuencia de ello se originen diferentes redes que son solo condicionadamente compatibles.

El resultado: cuánto mayor compatibilidad entre redes y aparatos, mas elevado es el precio final y mayor la posibilidad de fallos.

Nuevo planteamiento: Las tecnologías de Internet

Con el ingreso de las tecnologías de Internet en las empresas, se ha modificado substancialmente la situación:
Una comunicación integral, directa y continua entre el entornos de oficina y fabricación ya es una realidad.

Las máquinas de oficina poseen hoy en día puertas e interfaces de Ethernet estándar de banda ancha y estando éstas entre ellas conexionadas.
Inclusive aún máquinas de oficina de bajo costo, las cuales se las puede adquirir en cualquier hipermercado o centro comercial, ya poseen tarjetas de redes o circuito integrado a bordo.

En el entorno fabril se están instalando en forma creciente autómatas y variadores de velocidad electrónicos muy potentes que poseen interfaces de Ethernet.
Ultimamente también autómatas con pequeños web servidores integrados, los cuales soportan los protocolos HTTP, FTP y SMTP.
De esa manera se ha posibilitado definitivamente a las máquinas y demás instalaciones industriales, mediante el uso de las tecnologías web, una comunicación transparente y fiable.

Cuatro elementos desempeñan un papel muy importante:

  1. El Ethernet como estándar de facto en redes corporativas.
  2. El protocolo de transmisión TCP/IP.
  3. El lenguaje de marcado de hipertexto (X)HTML con JavaScript y CSS para la presentación de cara el usuario.
  4. El lenguaje de programación orientado a objetos Java para la preparación de datos en el servidor y su posterior ejecución en el ordenador del usuario.

Según que aplicación específica o adaptación a la infraestructura ya existente, pueden ser necesarios por ejemplo soluciones dependientes de sistema operativo y software para banco de datos juntamente con software de licencia tales como OPC-DX.
Eso es para el caso de autómatas antiguos que hay que integrarlos a la red corporativa.
Para una ejecución práctica de una visualización a través del Internet, es como primordial tarea la conexión física a la red corporativa (LAN) ya existente. Esto se efectúa a través del interface Ethernet.
El dar de alta a la máquina o de la instalación industrial a la red corporativa se lleva a cabo, tal como con las máquinas de oficina, y en la mayoría de los casos, a través del Administrador de redes.
De esta manera quedan integrados los bienes productivos junto con los demás miembros de la red.
La red corporativa ya existente debe ser chequeada desde el comienzo del proyecto y llegado el caso adaptada y modificada teniendo en cuenta los siguientes aspectos:

Si hay realmente que instalar nuevas redes y cablear nuevos trayectos hay que considerar las competentes normas DIN-VDE y las directivas básicas de compatibilidad electromagnética (CEM). El ámbito fabril es rudo.
De esta manera están cumplidas las condiciones básicas en el lugar de los hechos.

Como próximo paso sigue la definición de datos (parámetros) que se leerán e intercambiarán entre los otros miembros de la red y las máquinas en cuestión.

Aquí hay que diferenciar entre lo que es técnicamente posible, económicamente razonable y jurídicamente permitido.
Por ejemplo sería técnicamente posible leer todos los parámetros del autómata, grabar todos los acontecimientos de los últimos 30 días, ponerlos al alcance de terceros (Cliente o Proveedor) y luego un 4° participante (...!) pueda manejar el autómata a la distancia, escribiendo y finalmente borrando módulos de datos sin que los demás lo supiesen...
Desde el punto de vista económico dicho ejemplo no tendría sentido y del punto de vista jurídico acarrearía enorme dificultades. (privacidad, responsabilidad del fabricante).

Aquí es imprescindible reflexionar acerca del otorgamiento de accesos, privilegios y contraseñas.

Una posibilidad sería otorgarle todos los privilegios de acceso a los que están directamente en la máquina.
En forma selectiva a los diferentes departamentos de la empresa que están vinculados a la máquina en cuestión, y muy restrictivo a todos los que están afuera de la empresa.

Durante el diseño, programación y definición de parámetros hay que tener en cuenta el estado básico general científico actual, las reglas técnicas generales y reconocidas, disposiciones jurídicas y legales vigentes, como así también las correspondientes pautas de fabricación de la empresa.

En ese sentido pensamos entre otras en las competentes normas p. Ej. IEC/EN 60204, (equipamiento eléctrico de máquinas) o en las normas EN 1050, 292, 954 (análisis de peligros, enjuiciamiento de riesgos).

Por ejemplo el puenteo de cadenas o de enclavamientos de seguridad tanto desde el hardware como desde el software debe seguir permaneciendo absolutamente prohibido.
Un autoarranque inesperado de máquina deber seguir siendo un tabú.

Aún más, nuestra experiencia en el lugar de trabajo a pie de máquina nos ha demostrado que es necesario instalar enclavamientos adicionales (cableado) tanto en el hardware como en los programas de la máquinas o equipamiento de producción en cuestión.

Hay que tener en cuenta que la mayoría de las máquinas fueron diseñadas y construidas para un funcionamiento local.
Tampoco hay que olvidarse de las sugerencias que en materia de seguridad en TI ha publicado el “Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI)” en su manual “Grundschutzhandbuch”. Estas sugerencias de seguridad deben ser tenidas en cuenta en toda la empresa.

La automatización y la visualización de procesos a través del Internet demanda una nueva forma de pensar y reflexionar:

No son más necesarias las consolas típicas con un panel de operador y visualizador integrado.
El hojeador, navegador o visor standard (browser) es la herramienta central para tener acceso a las fuentes de información y a su exposición.
Se programa básicamente en forma independiente de visualizador (browser), se supone que se está en poder de la versión más nueva.
Estos visualizadores se encuentran en cualquier revista de computación o se pueden descargar del Internet.

La programación de cada uno de los componentes se lleva a cabo en forma independiente de sistema operativo en base a Java Applets y Beans con privilegios de lectura y escritura, los cuales se incrustan en las hojas HTML juntamente con las hojas de estilo en cascada (CSS) y JavaScript.
Para que en el futuro no exista problemas de compatibilidad se aconseja seguir a pie de la letra las sugerencias del Consorcio W3.
Se debe reducir conscientemente a un mínimo o mejor aún desistir del uso de las páginas de creación dinámica.
Con esta constelación alcanzamos una descongestión del servidor y un desplazamiento de las tareas al usuario.
Allí hay básicamente suficiente potencia y capacidad de procesador.
En la medida de lo posible se debe evitar la ejecución de scripts en el servidor web del autómata. Estos ocasionan por lo general una carga innecesaria del servidor, reducen la seguridad y ofrecen flancos para posibles ataques de “hackers” o para la ejecución de código malicio o arbitrario.
Se debe asegurar bajo todo punto de vista y concepto que una falla en el servidor no ocasione ningún tipo de perturbaciones en el funcionamiento de la máquina.
Para un caso de emergencia vale la siguiente reflexión: “La última palabra la tiene siempre el operario directamente en la máquina”.
Con la ejecución de scripts y de programas directamente en el ordenador del usuario “client” alcanzamos un alto grado de seguridad y fiabilidad en el sistema.
Para ello ofrecen Java, con los Applets y los Beans las más adecuadas condiciones.

En los Java Applets vemos dos rasgos característicos:

  1. El programa está en el servidor, se ejecuta de manera segura y fiable en el visualizador del usuario dentro de un “cajón de arena”.
  2. Son independientes de sistema operativo tanto en la programación como en la ejecución.

Dichas ventajas la usamos incrustando los Applets como objetos en las páginas estáticas de hipertexto (HTML).

Dichas páginas HTML contienen la estructura básica.
Con los adicionales de JavaScript le otorgamos a las páginas un determinado carácter interactivo, dinámico y multimedial.
Para el correspondiente Layout utilizamos hojas de estilo en cascada (CSS).
De esa manera logramos una separación entre contenido y diseño.

Se sobreentiende que las páginas de ayuda también forman parte del diseño y facilitan la orientación. Aquí no solo se encuentra una descripción especifica del cliente y de las páginas visualizadas, sino que también se pueden incluir enlaces (links) hacia otros servidores remotos en los cuáles se pueden encontrar manuales de instrucciones o demás especificaciones técnicas del fabricante de los autómatas o del fabricante de las máquinas herramientas.
Según como lo haya organizado el correspondiente proveedor, se puede dar la posibilidad a la gente de mantenimiento de comprar los repuestos necesarios directamente a través del Internet. Caso típico de comercio electrónico interempresarial B2B.

También se puede de esa manera mantener la documentación siempre actualizada y la administración de papeles y manuales termina siendo superflua. Hasta inclusive se pueden realizar pedidos o disposición de material vía Internet.
Utilizando la posibilidad que tienen los visualizadores de grabar e imprimir en forma local de las hojas web, se pueden éstas conservar y hacer circular los resultados en forma impresa.
Mediante la función de correo electrónico integrada, se pueden hacer llegar recados a otros miembros de la red.

Un autómata no deberá convertirse en un centro de cómputos ni tampoco la red corporativa en un “Backbone”, por eso nosotros desplazamos el contenido estático, con excepción de los Java Applets, descentralizados offline a uno o a varios CD-ROM.
Estos pueden administrarse y acceder en forma separada (seguridad adicional).
En grandes empresas se lo puede instalar centralizado en un servidor web.

En ambos casos se encuentra toda la visualización y diagnósticos de procesos repartida acorde con su aplicación, es decir que la sección de mantenimiento puede ver y acceder solo a los datos de máquina que son relevantes para su tarea específica.
El personal operario delante de la máquina puede manejar ella solo en la medida que esté autorizado. Por ejemplo no puede modificar cantidades producidas o manipular tiempos de trabajo o demora.
Las secciones de preparación del trabajo pueden por ejemplo acceder a los datos de producción, pueden ver los intervalos de mantenimiento pero no modificarlos.
Secciones adjuntas a la empresa pueden solo leer y / o alcanzar los datos a un sistema ERP, pero no pueden modificar nada.

Mediante este concepto descentralizado y jerarquizado alcanzamos no solo un alto grado de seguridad adicional, sino que también reducimos el tráfico de datos a un mínimo ya que solo los datos que se han modificado en el autómata son leídos y transmitidos por los Applets.
Todos los demás datos tales como fotos, scripts y textos quedan bien guardados en el plato (o CD-ROM) del usuario “client” de manera “offline”.
Solo aquellos que poseen el disco adecuado, identificación de usuario y contraseñas tiene acceso a la información correcta.
También los tiempos de acceso a la información se aceleran enormemente y su correspondiente transmisión se reducen de esa manera a un mínimo.
Los procesos rápidos de pueden seguir mejor.
Para una eventualidad en que terceros interceptarían la información transmitida, llevaría tal intervención a ningún éxito ya que debido a la separación entre datos fijos y variables les faltaría toda coherencia.

Un sueño se ha hecho realidad:

Con componentes estándares tales como ordenadores o Notebooks de cualquier tipo y fabricación, cualquier sistema operativo, un acceso a Internet (analógico, RDSI, ADSL, etc.) y cualquier visualizador estándar de hojas, es posible saber en cualquier momento y en cualquier lugar del mundo el estado de las máquinas y líneas de producción, diagnosticar en forma interactiva y realizar tareas de mantenimiento a la distancia, sin tener que realizar viajes largos y costosos.

Los automatismos y la visualización de procesos a través del Internet tienen una serie de ventajas:

Desde el punto de vista del mantenimiento se dan entre otros las siguientes ventajas:

Son cada vez más los clientes que comienzan a interesarse y que utilizan esa tecnología.

Los automatismos y la visualización de procesos basados en tecnologías de Internet son independientes de rubro o actividad industrial, es de uso universal tanto para las relaciones comerciales tradicionales entre clientes y proveedores como así también para aplicable a nuevos modelos de negocios tales como “pay on production” o leasing.

Mediante la transparencia generada en la información, se hace posible un análisis rápido, eficiente y exitoso de los puntos débiles en los procesos productivos.

Campos de aplicación y experiencias

Un fabricante de máquinas herramientas en la región de Stuttgart puede analizar el estado de los rodillos impresores de una máquina impresora offset de pliegos de 6 colores. En caso de averías recibe él vía correo electrónico un recado, sin que por ello el personal delante la máquina tenga que efectuar alguna llamada.
Detecta el fabricante de la máquina de que se trata de un error de manejo, o se vencieron los plazos de revisión técnica, puede él enviarles un correo o llamar por teléfono a la gente de mantenimiento dándoles las instrucciones correspondientes.
Paralelamente pueden ver de inmediato en la central de la empresa, (EEUU) en los diferentes departamentos, las cantidades producidas, sus resultados y efectuar las correspondientes estadísticas. ¡Pero no pueden manipular la máquina!.
Cabe destacar que por condiciones técnicas propias del Internet, se puede producir un retraso en transmisión de datos que puede llegar a ser de algo más de un minuto, según el caso.
Por eso, y por razones de seguridad, se debe desistir de manejar a la distancia procesos rápidos o máquinas rotativas veloces.
Directamente delante de la máquina no se detectan limitaciones.

Otro ejemplo:
Un fabricante de plantas de tratamientos de aguas en la región de Tübingen-Reutlingen observa paralelamente el estado de algunos parámetros (filtros, recipientes, bombas) de varias plantas instaladas en diferentes regiones del mundo.
Lleva estadísticas, organiza al mismo tiempo el mantenimiento y la disposición respectiva de componentes gastados. En el caso necesario él envía las nuevas actualizaciones de los programas de los autómatas con las correspondientes modificaciones de procesos.
Naturalmente el personal operario y de asistencia técnica local poseen un acceso selectivo a los datos y parámetros de las máquinas e instalaciones. En caso necesario puede el cliente mismo instalar varias estaciones adicionales de visualización.
Modificación de programas y adaptaciones en la visualización de los procesos los puede realizar el cliente mismo.

Conclusión y perspectivas

Las tecnologías web en los automatismos son rápidas de implementarse, flexibles, independientes de sistema operativo, de costes moderado y de futuro.
Un crecimiento simultáneo del mantenimiento a la distancia juntamente con los automatismos y visualización de procesos, utilizando las tecnologías web, ya es una realidad que se entiende por sí mismo.
Cuánto más temprano se comienza con ellos, cuánto mayor es la velocidad y magnitud de desarrollo del saber y poder en la empresa, por lo tanto son mayores y duraderas las ventajas competitivas y el éxito empresarial.


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