Desarrollo de sistemas ciber-físicos de producción para Procesamiento por lotes usando normas IEC-61499 e ISA-88

Developing cyber-physical production systems for batch control under IEC-61499 and ISA-88

Un sistema Ciber-Físico de Producción Industrial (CPPS) dota a los dispositivos de control industriales actuales de altas capacidades de computación, almacenamiento y comunicación tanto local como remota convirtiéndolos en dispositivos inteligentes y autónomos. Usando los conceptos del Internet Industrial de las Cosas (IIoT) podemos inferir que los CPPS están, conectados entre sí y a su vez conectados con el mundo virtual de las redes digitales globales. Esto ha llevado a la adopción por parte de las empresas de normas como IEC-61499 que permiten modelar y desarrollar sistemas distribuidos flexibles y configurables. Otra norma muy usada es ISA 88 que ofrece un conjunto coherente de modelos y terminología para el control de procesos de fabricación por lotes que pueden ser implementados bajo IEC-61499 para diseñar CPPSs inclusive usando dispositivos de bajo coste. El siguiente trabajo propone el desarrollo de aplicaciones de control distribuido en CPPS bajo norma IEC-61499 en hardware empotrado de bajo coste como son las tarjetas BeagleBone Black y Raspberry PI; teniendo de base los modelos presentados en la norma ISA-88 que permitirán el desarrollo de algoritmos de control distribuido encapsulados dentro de Bloques de Funciones (FBs) el cual es el modelo fundamental de la norma IEC-61499.

INTRODUCCIÓN

En la arquitectura industrial tradicional partimos del hecho de que cada uno de los miembros de la cadena de valor tiene información que el resto no posee y a la cual no pueden acceder. Sin embargo, en la actualidad y gracias a los conceptos dados por la Industria 4.0 e IloT podemos integrar sistemas de información y conocimiento basado en redes colaborativas (1. Un sistema CPPS está compuesto por objetos electrónicos y de software. Los objetos se conectan entre sí directamente o a través de internet, formando un único sistema en red. Con ello, se consiguen redes horizontales de CPPs optimizadas en tiempo real que gracias a la transparencia informativa logran alto nivel de flexibilidad.

Los Controladores Lógicos Programables (PLCs) desde su aparición han sido un eje primordial en los procesos de automatización industrial, gracias a su óptimo funcionamiento en aplicaciones donde los tiempos críticos de respuesta son necesarios. Es por esta razón que se desarrolló la norma IEC-61131, la cual contiene todos los lineamientos necesarios para controlar procesos en base a una arquitectura implementada en un autómata programable.

Con el avance de los años, los nuevos desarrollos tecnológicos como IIoT o Industria 4.0 en conjunto a las crecientes necesidades industriales, marcan como requisitos poder implementar sistemas de control que se adapten a plantas en continuo cambio y crecimiento; el cual no puede ser alcanzado por IEC-61131 y PLCs, tornándola progresivamente obsoleta ante la necesidad que presentan grandes industrias de implementar controladores descentralizados a medida del proceso.