En los procesos industriales, las comunicaciones se basan en la transferencia de información entre diferentes equipos y máquinas. Un sensor envía una serie de valores a un equipo, en general un PLC, y este controlador da una orden a un actuador para modificar una o varias variables de proceso. Todo esto se realiza, en la mayor parte de los casos, sin ningún tipo de intervención humana (control en lazo cerrado).
Esto lleva ocurriendo desde los orígenes del PID hace más de 100 años. Si lo pensamos, no deja de ser un sistema en el cual las máquinas hablan entre sí sin ningún tipo de intervención humana. Este concepto nos resulta muy familiar hoy en día.
En los años 80 tuvimos el despegue de la electrónica en el control de los procesos de nuestras instalaciones. Menciono esto, porque esta transición fue realmente dura y costosa en la industria. Como sucede cuando se intenta abordar una nueva tecnología, no se disponía de la documentación necesaria tal como estándares, mejores prácticas, arquitecturas, etcétera. Esto se fue simplificando gracias al esfuerzo de clientes, suministradores y organismos de estandarización. Los clientes fueron demandando sistemas más abiertos. Los fabricantes se fueron agrupando y desarrollando sistemas de comunicación con protocolos más abiertos y con mayor capacidad de integración con sistemas de otros fabricantes. Se comenzó a usar sistemas operativos no propietarios. Así mismo, aparecieron normas y estándares que fueron simplificando la adopción de estas nuevas tecnologías. Pero todo esto llevó años.
Cambio de paradigma
En estos momentos nos encontramos en un nuevo cambio de paradigma. Se están haciendo pruebas de migración de los sistemas de control a la nube y ya hay pruebas piloto de sistemas de control de procesos mediante modelos de inteligencia artificial basados en Reinforce Learning habiendo llegado a operar una planta petroquímica durante más de un mes sin intervención humana. Y la forma en la que se está desarrollando todo esto es nuevamente sin prácticamente ningún tipo de estandarización, arquitecturas, ni mejores prácticas, como es lógico cuando hay una disrupción tecnológica.
Al igual que el control de procesos, el mundo de las comunicaciones industriales está cambiando. Y este cambio está siendo disruptivo. En la industria del O&G las principales redes industriales inalámbricas que han existido fundamentalmente han sido las basadas en la norma ISA 100 y Wireless Hart. Estas redes están totalmente orientadas a la monitorización de procesos industriales por lo que se adaptan perfectamente a los estándares existentes de comunicaciones industriales. Disponemos de una pasarela que nos permite tomar ese dato y llevarlo a nuestros controladores. De esta forma, la arquitectura de los sistemas de control está plenamente garantizada. La integración de esta instrumentación dentro de la planta es relativamente sencilla.
Pero desde hace unos años están irrumpiendo con fuerza otro tipo de comunicaciones que se están adoptando dentro del mundo de la industria. Están apareciendo sensores que comunican a través de protocolos LORA, Sigfox, NBIoT, LTE-M, 5G, Wifi6 ,etc.…
Todas estas comunicaciones surgieron originalmente pensando en los Smart Devices, dispositivos inteligentes usados en ámbitos no industriales como las casas o las ciudades inteligentes. Pero se ha visto el potencial que también tienen, dadas sus características, para la sensórica industrial. De esta forma, cada vez podemos ver más dispositivos comerciales que comunican a través de estas tecnologías. Pero ¿qué problema tienen frente a las redes industriales tradicionales? Estos dispositivos están pensados para recoger información y enviarla directamente a un servidor fuera del entorno donde se genera. Esto hace que toda la arquitectura tradicional de control se ponga patas arriba. Por este motivo necesitamos una nueva arquitectura que nos permita integrar este tipo de comunicaciones en nuestra arquitectura de control.
Nuevos estándares
Como decíamos al principio, hasta la fecha teníamos unos estándares muy claros de cómo era el flujo de información a lo largo de los diferentes niveles de un sistema de control industrial. Al aparecer todo este tipo de redes orientadas a enviar datos directamente desde el sensor a la nube nos surgen una serie de cuestiones tales como:
• La fiabilidad de ese dato
• Arquitecturas a emplear
• Disponibilidad de estos sistemas.
• Posibilidad de usar este dato para control.
En el mundo OT, tenemos que pensar en una arquitectura que nos permita disponer de ese dato dentro de los niveles de nuestro sistema control si queremos considerar ese dispositivo válido como sensor de proceso en nuestra planta.
Y este es el problema actual, todavía no disponemos de las guías y estándares que nos digan cómo podemos hacer esto. En la actualidad, cada fabricante, operador de red o proveedor Cloud nos propone su arquitectura. Debemos tener claro como integrar estas redes dentro de nuestro sistema de forma segura y confiable.
Punto clave: Los casos de uso
¿Esto qué significa que no debemos utilizar este tipo de comunicaciones es nuestras empresas?
Desde mi punto de vista no debemos rechazar ningún tipo de tecnología y esto nos lleva al siguiente punto: la importancia de los casos de uso.
Mucho más importante que la elección de una tecnología de comunicaciones para nuestra empresa es tener claro los casos de uso y las necesidades de nuestro proceso. El futuro de las comunicaciones inalámbricas, al igual que actualmente nos pasa con las comunicaciones cableadas, será multi tecnología. Dentro de cualquier empresa nos podemos encontrar con diferentes tipos de comunicaciones tales como ethernet, Modbus, 4-20 miliamperios, Profibus, Foundational Fielbus, etc.. trabajando simultáneamente. Y la elección de una u otra tecnología depende de cada caso de uso.
La asociación que define, entre otros, los estándares 5G (3GPP) en su versión 15 define tres casos de uso para las comunicaciones móviles:
1.- Alta transferencia de datos (Enhanced mobile broadband – EMBB). Ejemplos de esto sería el uso de cámaras 5G para monitorización de nuestros activos o el uso de dispositivos de realidad aumentada para apoyo al personal de nuestras plantas.
2.- Comunicaciones de muy alta confiabilidad y muy baja latencia (Ultra-reliable, low-latency communication – URLLC). Aquí nos encontramos casos de uso como el control de robots, drones o vehículos autónomos.
3.- Comunicaciones masivas de máquinas o procesos (Massive machine-type communication – MMTC). Cada día aparecen nuevos fabricantes de sensórica ya certificada ATEX para monitorización de equipos en la industria del O&G empleando este tipo de comunicaciones.
Cada caso de uso requerirá del empleo de una u otra tecnología, bien sea porque los requerimientos nos llevan a ello o bien, como nos pasa con las comunicaciones cableadas, porque las comunicaciones para nuestra aplicación se han desarrollado usando una determinada tecnología.
Si el futuro de la automoción pasa por coches autónomos que, con sensores wireless y sin ningún tipo de intervención humana, nos van a desplazar por nuestras carreteras, difícilmente podremos rechazar, en un entorno mucho más controlado, las comunicaciones inalámbricas para el control de procesos. Difícilmente podremos ir en contra del desarrollo tecnológico. Ahora bien, necesitamos estandarizarlo de forma que ese desarrollo siga siendo, por lo menos, igual de seguro que las tecnologías que tenemos hasta ahora.
