Archivo de la etiqueta: Industria 4.0

Raspberry Pi en la Industria

Dada la gran popularidad de Raspberry Pi, su uso también se ha extendido en la industria. Raspberry Pi para la industria: https://www.raspberrypi.com/for-industry/ 

Artículo de Raspberry Pi en la industria: https://blog.temboo.com/raspberry-pi-iot/

  • Barato
  • Disponibilidad
  • Documentación y soporte de la comunidad

Problema de uso de Raspberry Pi en productos comerciales: https://tecnoticias.net/2019/07/20/por-que-la-raspberry-pi-no-es-una-buena-opcion-para-productos-comerciales/

Una primera opción es usar una carcasa para carril DIN:

Uso con Codesys: https://www.instructables.com/id/Raspberry-Pi-Based-IEC-61131-3-Compatible-PLC/

Interesante módulo con salida de relés y entradas opto aisladas http://www.hwhardsoft.de/english/simplibox/io/

Tarjetas microSD de Grado Industrial

La tarjeta microSD de Raspberry Pi es el talón de Aquiles de Raspberry Pi para su uso en entornos industriales.

El compute module de Raspberry Pi https://www.raspberrypi.com/products/compute-module-4/?variant=raspberry-pi-cm4001000 que lleva eMMC Flash en lugar de microSD

Pero podemos usar en Raspberry Pi tarjetas microsd de grado industrial PSLC.

Las tarjetas microSD están disponibles en tres estándares de capacidad: SD (Standard Capacity), SDHC (High Capacity) y SDXC (eXtended Capacity) y con el bus hasta UHS-I. Algunos modelos cuentan con una interfaz SPI adicional. El pequeño formato, el bajo consumo energético y la amplia gama de tipos de NAND (SLC, pSLC, MLC) hacen que las tarjetas microSD se conviertan en unos soportes de almacenamiento de elección para varios diseñadores industriales.

Técnicamente, una NAND hace referencia a una puerta lógica; concretamente a una que produce una baja (0) cuando el resto de las salidas están en alta (1). Esta propiedad permite realizar cualquier tipo de operación binaria básica usando una combinación de puertas lógicas de este tipo. Las memorias NAND (o flash NAND) son un tipo de memoria no-volátil que no requiere de energía para almacenar datos.

Primero, definamos los diferentes tipos de celdas de memoria NAND Flash:

  • En SLC (Single Level Cell), cada celda tiene un 1 o un 0. Esta es la forma más confiable.
  • En MLC (Multi Level Cell), cada celda contiene 2 bits de datos, por lo que hay 4 niveles de carga por celda, lo que duplica la densidad a expensas de aumentar la sensibilidad a cualquier variación de carga.
  • En el más reciente TLC (Triple Level Cell), contiene 3 bits por celda y es la forma más densa y menos duradera.

pSLC es pseudoSLC y SLC ya es grado industrial. pSLC significa pseudo celda de un solo nivel. El flash pSLC usa componentes flash MLC NAND, pero la totalidad de cada celda no se usa para el almacenamiento, lo que limita la cantidad de datos que se pueden almacenar en cada celda. Estos productos a menudo se promocionan como de grado industrial, pero pSLC y SLC son muy diferentes.

Comparativa entre pSLC y SLC: https://www.delkin.com/blog/comparing-pslc-and-slc/ 

Más información:

Ejemplos de tarjetas microSD de grado industrial:

pSLC para aplicaciones IoT: https://business.kioxia.com/content/dam/kioxia/ncsa/en-us/business/memory/asset/KIOXIA_pSLC_for_IoT_devices_Tech_Brief.pdf

Una eMMC se compone de memoria flash NAND SLC o MLC. Esta memoria se conecta en paralelo directamente con la placa base del dispositivo. El controlador integrado se hace cargo de colocar los datos en la memoria, liberando al procesador de esta tarea. 

Y ver en comparación con las eMMC: https://blogs.directinsight.co.uk/nand-flash-types-in-embedded-slc-mlc-tlc-pslc/ 

Panel y PLCs Industriales Basados en Raspberry Pi

PLC/PAC Industrial Shields: https://www.industrialshields.com/industrial-plc-pac-raspberry-pi-20211210-lp 

De industrial Shields: https://www.industrialshields.com/es_ES/industrial-panel-pc-based-on-raspberry-pi

Productos: https://www.industrialshields.com/es_ES/shop/category/hmi-and-panel-pc-panel-pc-3

Comprar: https://www.industrialshields.com/es_ES/shop/product/touchberry-pi-10-1-raspberry-pi-4b-1478?category=3

Guia de Usuario: https://www.industrialshields.com/web/content?model=ir.attachment&field=datas&id=137792&

UPS y RTC shield: https://www.industrialshields.com/es_ES/shop/product/raspberry-pi-ups-and-rtc-shield-584?search=raspberry

Módulos de Entradas y Salidas

Web: http://developer.opto22.com/pi/

Uso con Node-RED: http://developer.opto22.com/nodered/general/

UniPi

Unipi: https://www.unipi.technology/ 

Productos: https://www.unipi.technology/products

Revolution Pi

Web: https://revolutionpi.com/ 

Productos: https://revolutionpi.com/revolution-pi-series/ 

Comprar: https://revolutionpi.de/shop/en/ 

HW industrial basado en Raspberry Pi: https://hardwaresfera.com/noticias/hardware/raspberry-pi-crean-los-modulos-kunbus-basados-en-una-compute-module-3-para-iot-y-para-industria/

Características:

  • PLC + IPC + HMI + retrofit unit 
  • Normativa industrial: EN61131-2
  • Usa el compute module B+ con hasta 32 GB
  • Crypto chip security chip
  • Lenguajes de programación: Node-RED, CODESYS, Logic.CAD3 y Python (Para CV y ML)

Tiene un interfaz gráfico de configuración, tanto del HW como del SW: 

Iono Pi/Strato

Web: https://www.sferalabs.cc/

Unidades de control: https://www.sferalabs.cc/strato/

Módulos de entrada y salida: https://www.sferalabs.cc/iono-pi/

Artículo: https://www.open-electronics.org/iono-pi-a-raspberry-pi-based-plc/

Articulo: https://www.hackster.io/news/strato-and-iono-pi-enhance-the-raspberry-pi-s-looks-and-capabilities-35dd773cef2e#.axjqpyran 

Hardware industrial basado en plataformas abiertas extendidas y respaldadas por la comunidad, como Raspberry Pi, Arduino y Pycom:

Flowfinity M1: https://www.sferalabs.cc/blog/flowfinity-introduces-the-m1-controller-developed-in-collaboration-with-sfera-labs/

Web de Flowfinity: https://www.flowfinity.com/apps/iot-solutions-edge-computing.aspx 

Pigeon

PLC basado en Raspberry Pi: https://pigeoncomputers.com/

Fabricante: https://www.kristech.eu/

Modelo instalado para control de freecoling en máquina de climatización: https://pigeoncomputers.com/products/pigeon-rb300/

Tiene una salida HMDI a la que se puede poner una pantalla y hacer un HMI

Nuevo Rapberry Pi OS https://pigeoncomputers.com/software/new-raspberry-pi-os-image-for-pigeon-computers-is-now-available/

Nuevo producto: https://pigeoncomputers.com/hardware/new-pigeon-rb350-cm3-will-be-available-soon/

Rex controls (Software)

No solo hay HW industrial basado en Raspberry Pi, sino software industrial para Rpi. Amplia gama de dispositivos soportados.

REXYGEN es un software de control en tiempo real altamente personalizable que combina algoritmos avanzados con simplicidad. REXYGEN convierte su dispositivo de hardware en un controlador de automatización en tiempo real, una puerta de enlace de comunicación, un registrador de datos o un dispositivo especializado de propósito único.

Usa raspberry Pi y otro HW como scada y programación tipo ladder:

ROT (foggify)

Web: https://foggify.io/ 

RoT es dispositivo está especialmente diseñado para la industria 4.0: http://foggify.io/index.php/innovation-lab/productos-foggify/reliability-of-things/

Catálogo: http://foggify.io/wp-content/uploads/2020/02/CATALOGO-ROT-web.pdf 

Otros Módulos

BH3 General Purpose Industrial gateway box: https://bh.bizright.co.jp/en/index.html

Hat Industrial: https://www.digikey.es/es/articles/techzone/2018/jan/build-a-low-cost-industrial-controller-with-the-raspberry-pi-3

OpenPLC en Raspberry Pi: https://www.openplcproject.com/getting-started-rpi

Getting Started Open PLC: https://www.openplcproject.com/getting-started

Raspberry Din: https://whitebream.com/raspberry-din.shtml

Extensión Raspberry Pi: https://www.amazon.es/PiXtend-L-Extension-Board-programmable/dp/B07GNDJY68

Machinon: https://www.hackster.io/news/machinon-takes-the-hard-work-out-of-building-a-raspberry-pi-home-automation-system-edda1d4c5adb 

Alternativa a Raspberry Pi

Además de usar Raspberry Pi en la industria como un PLC o autómata, también se está usando como un servidor de aplicaciones: broker MQTT, Node-RED, Base de Datos, ejecución de scripts, etc…

Como alternativa a este uso de Raspberry Pi, se puede usar un servidor con un Sistema Operativo Linux o incluso Windows en las propias instalaciones o un servidor dedicado, un VPS, un servidor cloud o incluso en un contenedor (Docker). Puede tener aplicaciones:

  • Mosquitto
  • BBDD (InfluxD, MongoDB)
  • Grafana
  • Node-red
  • Otros servicios automatizados…

Se puede usar un NUC en lugar de una Raspberry Pi.

O un NUC industrial

Por ejemplo recoger datos modbus usando una Raspberry Pi o un servidor:

Industria 4.0 (IIoT)

El concepto de industria 4.0 consiste en la introducción de las tecnologías digitales en las fábricas. Es la forma que hay de llamar al fenómeno de transformación digital aplicado a la industria de producción.

Durante años se ha hablado del impacto del Internet de cosas (IoT)  en industrias como la energética o de infraestructuras, bajo el concepto de Smart Cities. Ahora toca hablar de “Industria Inteligente” o industria 4.0.

La industria 4.0 consiste en la digitalización de los procesos productivos en las fábricas mediante sensores y sistemas de información para transformar los procesos productivos y hacerlos más eficientes. La industria 4.0 supone un cambio de mentalidad importante.

La industria 4.0 supondrá una fuente de competitividad para las industrias occidentales con: costes de mano de obra, costes de energía y niveles de compromiso social, mucho más elevados que sus homólogos de los países emergentes.

Iniciativa europea: http://i4ms.eu/ y resumen: http://i4ms.eu/documents/i4ms_v11.pdf 

Lo que ofrece la industria 4.0 a través de la digitalización y el uso de plataformas conectadas es:

  • capacidad de adaptación constante a la demanda,
  • servir al cliente de una forma más personalizada,
  • aportar un servicio post venta uno a uno con el cliente,
  • diseñar, producir y vender productos en menos tiempo,
  • añadir servicios a los productos físicos
  • crear series de producción más cortas y rentables
  • y aprovechar la información para su análisis desde múltiples canales (CMS, SCM, CRM, FCM, HRM, Help desk, redes sociales, IoT)  donde ser capaces de analizarla y explotarla en tiempo real.

Puntos clave de la Industria 4.0:

  • Big data y análisis de datos
  • Cloud Computing
  • Ciberseguridad
  • Robótica
  • Internet de las cosas
  • Simulación y prototipado
  • Realidad aumentada
  • Cultura
  • Integración de procesos

El verdadero reto estará en las personas, en cómo lograr el proceso de transformación digital dentro la organización y en el cambio que supondrá adaptarse y trabajar en los nuevos entornos conectados de la industria 4.0

Más información: http://fca-consulting.es/industria-4-0-4a-revolucion-industrial/ 

Pasamos de especializarnos en tecnología a especializarnos en sectores verticales en IoT porque cada uno tiene unas necesidades.

Aporte a la industria

  • manteniendo predictivo
  • ahorro de costes 
  • mejora en la toma de decisiones 
  • visualización de datos en planta en tiempo real

IIOT se refiere a:

  • El uso de IoT en los procesos industriales que afectan a todos los niveles, desde el diseño de las plantas hasta los modelos de logística y distribución llegando hasta el cliente final.
  • La implantación en las industrias de soluciones IoT para optimizar procesos y reducir los costes de fabricación gracias a la información que obtienen en cada paso que les proporciona unos beneficios tangibles.
  • La sensorización y conectividad de dispositivos para extraer datos, obtener datos en tiempo real, poseer datos de valor, datos que permitan tomar decisiones acertadas de un modo ágil y eficaz.
  • El conocimiento del cliente final. Porque el cliente debe instalarse como pieza clave en la cadena de producción y el conocimiento real de sus preferencias actuales y futuras de consumo es posible de un modo económico gracias a las herramientas tecnológicas que podemos aplicar.

El objetivo principal de la industria 4.0 es MEJORAR LA PRODUCTIVIDAD.

Nuevas oportunidades con IIoT

  1. Un aumento de la productividad industrial en un 30 por ciento o superior del OEE (Overall Equipment Efficiency, siendo OEE= disponibilidad x rendimiento x calidad). Conocer el estado real de la máquina permite planificar las paradas para el mantenimiento preventivo, mejorando los costes de desplazamientos, intervención, repuestos, alquiler de maquinaria o falta de producción. En el caso de las paradas inesperadas es posible mejorar los tiempos de reacción y diagnóstico, reduciendo así el tiempo de improductividad.
  2. Incrementar la satisfacción y la confianza de un usuario final en el desarrollo de sus actividades, al saber que el funcionamiento de la instalación está siendo monitorizado en tiempo real por su proveedor de servicios de mantenimiento, minimizando los tiempos de respuesta ante posibles anomalías para garantizar la continuidad de servicio de la instalación.
  3. Incrementar las posibilidades de negocio de un OEM, ofreciendo servicios de monitorización al usuario, como son la generación de informes automáticos de los costes energéticos de producción, el diagnóstico de incidencias, la actualización del software o la propuesta de recambios de acuerdo a las horas de funcionamiento. Los contratos de mantenimiento sobre el parque de máquinas instalado pueden representar una fuente de ingresos constante para el fabricante de maquinaria, que cobra especial importancia ante posibles caídas de la demanda.

Visión de Industria 4.0 de Unitronics: https://unitronicsplc.com/wp-content/uploads/2017/10/WHITE-PAPER-pyramid-A4-9_2017_V2.pdf 

Diferencia entre IoT e industria 4.0

Más información:

IIoT y HW Open Source

Desde los inicios de Arduino y el HW Open Source, la industria encontró una forma sencilla y barata de implementar el Internet de las cosas y la Industria 4.0. Con estas herramientas es posible realizar tareas como:

  • Machinery automation.
  • Installation Control. (Thermal, Climate conditioning, Water treatment, Chemical products, Food, etc.).
  • Industrial monitoring.
  • Data acquisition.
  • etc.

Raspberry Pi en la industria: https://aprendiendoarduino.wordpress.com/2020/03/01/raspberry-pi-en-la-industria/ 

Ejemplos de uso del IIoT

Torres de refrigeración (HVAC)

Descripción: Control de la temperatura del agua y rendimiento de la máquina. Registro de horas de funcionamiento para mantenimiento de filtros y  consumos energéticos en instalaciones industriales de gran consumo energético.

Beneficios de implantación del IIoT: Envío de alarmas y avisos de incidencias en tiempo real (legionella, pérdida de alimentación, etc.), con comprobación del estado de la máquina remotamente, ahorrando tiempo y costes de desplazamientos innecesarios para mantenimiento del parque instalado y distribuido.

Registro de consumos energéticos por horas, para planificación y control de costes, detección de consumos no permitidos y realizar comparativas entre periodos o instalaciones similares.

Cambio de consigna de temperatura remoto, para normativas ambientales en periodos de verano e invierno, evitando desplazamientos.

Riego de campos de cultivo (Solar Pump)

Descripción: Bombeo de agua para el control de riego en campos de cultivo, utilizando placas fotovoltaicas o red eléctrica, con conmutación automática dependiendo de la irradiación solar.

Beneficios de implantación del IIoT: Reducción de los costes de consumos energéticos (electricidad sin conexión a red o diésel sin utilización de grupo electrógeno), asegurando el suministro de agua, la presión y el tiempo y el horario de  riego en todo momento desde cualquier dispositivo móvil.

Recepción de alarmas en tiempo real y registro de consumos energéticos para planificación de costes.

Control y confort en instalaciones públicas (superficies comerciales, centros deportivos, etc.)

Descripción: Control del sistema de ventilación (HVAC), incendios, iluminación, accesos, calidad de redes, protecciones eléctricas , sistemas IT (terminales TPV) y suministros de emergencia (UPS) .

Beneficios de implantación del IIoT: Envío de alarmas y avisos de incidencias en tiempo real, con comprobación del estado de la instalación remotamente (SmartPhone, Tablet, etc.), ahorrando tiempo y costes de desplazamientos innecesarios para el funcionamiento y el confort de los usuarios. Registro y asignación de consumos energéticos por cliente, para control de costes, automática, detección de consumos no permitidos y corte de suministros eléctricos de forma remota.

Otros ejemplo:

Ejemplo Funcionalidades Equipamiento IIoT

Las nuevas funcionalidades disponibles como estándar en la plataforma de automatización de PLCs AC500. Entre ellas se encuentran:

  • SNTP (protocolo para sincronización horaria automática )
  • SNMP (protocolo simple de administración de red)
  • SMTP(protocolo para envío de correo electrónico)
  • MySQL (gestión de base de datos)
  • FTP (protocolo para envío de archivos excel, csv, etc.) HTTP (servidor web) y HTML5
  • TCP OPEN SOCKETS y WEB SERVICES (protocolos para obtener o publicar datos de la instalación en una página web)
  • Programación en Java Script, C/C++, Node-RED, etc…

Además de estas funcionalidades, también están disponibles de serie los siguientes protocolos de comunicaciones industriales:

  • Modbus RTU, TCP/IP y IEC608-70-5-104
  • KNX IP y BACNet MS/TP/IP
  • Ethernet IP y Simatic ETH (para terminales de operador)

Estas funcionalidades permiten conectar las máquinas o instalaciones con las personas y de esta manera un usuario puede controlar y monitorizar su instalación en cualquier momento y desde cualquier lugar mediante SmartPhone, table o PC.

El  IIoT da lugar a un cambio de paradigma exitoso que interrelaciona máquinas, instalaciones, servicios y personas, con el objetivo de mejorar la productividad y la sostenibilidad para crear un mundo mejor.

Sistemas industriales en la nube

Esta evolución de servicios y recursos en la nube no ha pasado desapercibida en sistemas industriales que ya han comenzado a adoptar desarrollos sobre este tipo de tecnología con las ventajas que suponen al reducir considerablemente los costes de hardware, software y mantenimiento. Algunos casos de evolución son los siguientes:

  • Sistemas SCADA (SCADA as a Service), desarrollado entre otros por PetroCloud, posee todas las funcionalidades que puede tener un SCADA tradicional.
  • Historiadores que recogen datos (Historian as a Service), entre algunos de los desarrolladores de este servicio se encuentra ARC Advisory Group. El uso de historiadores en la nube proporciona un mayor análisis de datos.
  • Software que puede ser incluido para simular PLCs en la nube (PLC as a Service) evitando costes en soportes físicos para los propios PLCs y en la energía consumida por los mismos.
  • HMIs que muestran los datos recopilados en la nube para acceder a ellos desde cualquier parte del mundo poseyendo una conexión a Internet (HMI as a Service).

Por otro lado, algunos fabricantes del sector industrial están optando por ofrecer servicios de soporte que recojan datos y sean almacenados en la nube para poder mejorar la calidad de su servicio, los tiempos de respuesta y la disponibilidad. También se ofrecen soluciones con las que integrar la tecnología en la nube con dispositivos industriales gracias a plataformas en la propia nube.

Scada as a Service: http://petrocloud.com/solutions/scada-as-a-service/

Material de Prácticas Fundamentos IoT

Para el curso on-line “Fundamentos IoT Open Source para Aplicaciones Industriales”, el material necesario por parte de los alumnos para realizarlo es:

  • Raspberry Pi Zero: Instalada en local con cámara y programada con Node-RED, usada como dispositivo remoto.
  • Nodo Edge/Gateway:
    • Una Raspberry Pi 3B+ + tarjeta SD 8Gb + alimentador conectada a Internet por alumno.
    • En caso de no tener Raspberry Pi virtualizar Raspberry Pi OS con Virtual Box.
  • Plataformas IoT:
    • https://thingspeak.com/
    • enriquecrespo.com (S.O. CentOS 8, servidor público con 1 vCPU, 2 GB RAM, 20 GB SSD)
      • Node-RED
      • Mosquitto
      • Grafana
      • Base de Datos: influxDB, etc…
      • Otros servicios públicos
    • aprendiendoarduino.com
      • BBDD MySQL públicas

Node-RED Público

La instancia de Node-RED en enriquecrespo.com es la que va a centralizar los datos de los Node-RED remotos, haciendo de plataforma IoT.

Si algún alumno necesita una instancia de Node-RED pública, se levantará en el servidor enriquecrespo.com

Broker MQTT Público

Se usará un broker común para comunicar todos los dispositivos en la dirección: mqtt://enriquecrespo.com:1883.

Los alumnos recibirán usuario y contraseña para acceder al broker con permisos de lectura y escritura en el topic cursocefire/#

Servicios

Base de datos MySQL en https://qaej225.aprendiendoarduino.com/ donde los alumnos podrán usar para almacenar datos. Recibirán por correo las credenciales de acceso.

Grafana en https://enriquecrespo.com:3000/ para representar gráficamente los datos. Recibirán por correo las credenciales de acceso.

Opcionalmente se podrán usar otras bases de datos como influxDB.

Todo el software y documentación utilizado en el curso es libre con licencia creative commons o similar.

Presentación Curso Fundamentos IoT

Título: “Fundamentos IoT Open Source para Aplicaciones Industriales”

Curso: http://cefire.edu.gva.es/sfp/index.php?seccion=edicion&usuario=formacion&id=9323689

El curso on-line “Fundamentos IoT Open Source para Aplicaciones Industriales” ha sido diseñado para conocer los fundamentos de IoT en aplicaciones industriales para el CEFIRE http://cefire.edu.gva.es/, centro de formación, innovación y recursos para el profesorado, enfocado en dar a conocer las nuevas tecnología que vienen a la industria 4.0 al profesorado de formación profesional de los ciclos formativos de de grado medio y grado superior de cualquiera de las familias profesionales relacionadas con la industria.

Algunas ramas profesionales en las que tendría aplicación este curso son:

  • PROFESORES TÉCNICOS DE FORMACIÓN PROFESIONAL (ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA)
  • PROFESORES TÉCNICOS DE FORMACIÓN PROFESIONAL (INFORMÁTICA Y COMUNICACIONES)
  • PROFESORES DEL ÁREA DE INFORMÁTICA (ENSEÑANZA SECUNDARIA)
  • TÉCNICOS SUPERIORES EN INSTALACIÓN, MANTENIMIENTO Y REPARACIÓN DE EQUIPOS INFORMÁTICOS
  • TÉCNICOS EN ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES
  • TÉCNICOS DE MANTENIMIENTO ELECTRÓNICO
  • TÉCNICOS EN ELECTRÓNICA DE EQUIPOS INFORMÁTICOS
  • TÉCNICOS EN ELECTRÓNICA DIGITAL
  • TÉCNICOS EN ELECTRÓNICA INDUSTRIAL
  • TÉCNICOS EN ELECTRÓNICA, EN GENERAL
  • JEFES DE EQUIPO DE MONTADORES DE MAQUINARIA MECÁNICA, ELÉCTRICA Y/O ELECTRÓNICA
  • TÉCNICOS EN OPERACIONES DE SISTEMAS INFORMÁTICOS
  • TÉCNICOS EN SISTEMAS MICROINFORMÁTICOS
  • PROGRAMADORES DE APLICACIONES INFORMÁTICAS
  • ELECTRICISTAS Y/O ELECTRÓNICOS DE AUTOMOCIÓN, EN GENERAL
  • ELECTRÓNICOS DE MANTENIMIENTO Y REPARACIÓN DE INSTALACIONES DE REFRIGERACIÓN Y CLIMATIZACIÓN
  • ELECTRÓNICOS DE MANTENIMIENTO Y REPARACIÓN INDUSTRIAL
  • ELECTRÓNICOS-AJUSTADORES DE INSTALACIONES Y EQUIPOS INDUSTRIALES
  • INSTALADORES DE EQUIPOS Y SISTEMAS ELECTRÓNICOS
  • INSTALADORES ELECTRÓNICOS DE MICROSISTEMAS
  • ELECTRÓNICOS-AJUSTADORES DE APARATOS MÉDICOS
  • ELECTRÓNICOS-AJUSTADORES DE EQUIPOS DE TELECOMUNICACIÓN
  • MONTADORES DE APARATOS ELECTRÓNICOS, EN GENERAL
  • MONTADORES DE DISPOSITIVOS Y CUADROS ELECTRÓNICOS
  • MONTADORES DE ELEMENTOS ELÉCTRICOS Y/O ELECTRÓNICOS DE VEHÍCULOS, EN GENERAL
  • MONTADORES DE EQUIPOS MICROELECTRÓNICOS, EN GENERAL
  • MONTADORES ELECTRÓNICOS DE EQUIPOS INFORMÁTICOS

Motivación

Dentro del itinerario de formación para IoT/Industria 4.0, este curso es una introducción práctica para conocer qué es el IoT/Industria 4.0/digitalización. Se tratarán muchos temas y tecnologías de forma práctica sin profundizar en ellas, para que luego quien esté interesado pueda profundizar en ellas y puedan aparecer nuevos cursos de especialización que sirvan para el itinerario de formación.

En este curso voy a hablar de soluciones libres/open source para que cualquiera pueda hacer una solución con un coste mínimo.

Gracias a las herramientas libres/Open Source es posible democratizar el IoT y la industria 4.0. Antes se necesitaba muchísimo dinero no solo en HW y licencias de SW, sino en consultores que hacen un diseño a medida y realizan la integración de los sistemas, ahora no solo el SW libre y el HW libre y barato, sino que la comunidad da soporte a las dudas, hace documentación y tutoriales, así como librerías para facilitar el trabajo.

Muchas empresas no dan el salto de digitalización porque la inversión inicial puede ser muy alta al necesitar contratar a una empresa externa o herramientas profesionales, pero quién mejor que el personal de la propia empresa que es quien mejor conoce los procesos internos, gracias a la tecnología abiertas, es posible con una pequeña inversión económica y una formación centrada en la digitalización de los procesos.

http://fca-consulting.es/wp-content/uploads/2018/02/industria-4.0.1.jpg 

Con las herramientas mostradas en este curso, el objetivo es capacitar en las nuevas tecnologías de la Industria 4.0 que más se está aplicando en empresas, se aplicarán en el futuro y por tanto uno de los perfiles más demandado en la búsqueda del talento 4.0 como es el Internet de las cosas (IoT). Se hará mediante la sensibilización y capacitación de programación IoT usando Herramientas Libres (Open Source), que permite de manera sencilla y sin mucha especialización iniciarse en la programación aplicada a la IoT, permitiendo el reciclaje y reconversión de perfiles profesionales hacia un perfil muy demandado en los futuros entornos industriales.

Propuesta Formativa

Este curso está diseñado para que cualquier trabajador cualificado de una empresa pueda hacer una prueba de concepto de IoT aplicado al sector en que trabaje, usando tecnologías libres y pueda ver resultados rápidos y con una inversión económica mínima.

No se trata de un curso de Arduino, Raspberry Pi, etc… sino un curso práctico de puesta en marcha de un ecosistema de IoT donde usaremos esas tecnologías de hardware libres y muchas otras herramientas de software libre y aplicaciones cloud.

Este curso también pretende ser la base para que los alumnos detecten las necesidades de formación que demandan para aplicar en sus sectores como: Docker, comunicaciones inalámbricas, electrónica, APIs, aprendizaje automático, Node-RED, etc…

En resumen, quiero plasmar en este curso mi experiencia de uso de IoT en un entorno profesional, especialmente en el inicio donde partiendo de varias pruebas de concepto nos dimos cuenta del valor que podemos aportar con la digitalización de procesos en la empresa con una pequeña inversión económica.

  • Raspberry Pi es un ordenador de placa reducida, ordenador de placa única u ordenador de placa simple (SBC) de bajo costo desarrollado en el Reino Unido por la Raspberry Pi Foundation. Se ha convertido en un hardware muy popular debido a su bajo coste y gran potencia ampliamente utilizado en proyectos IoT e Industria conectada.
  • Node-RED es una herramienta de programación que se utiliza para conectar dispositivos de hardware, APIs y servicios de internet. Adecuado para los equipos dedicados al Internet de las cosas Industrial( IIoT) y personal dedicado al diseño y prueba de soluciones para la comunicación de equipos de planta con aplicaciones de IT. Dado que la mayoría de dispositivos IoT para industria 4.0 posibilitan realizar un programa de control con la herramienta de Node-Red, el dominio de dicha herramienta permitiría al equipo IIoT explorar y ampliar las soluciones que ofrece a la empresa que lo use.

Objetivo

El objetivo de este curso es conocer algunas de las tecnologías necesarias para el desarrollar soluciones IoT/Industria 4.0 y valiéndose para ello de herramientas, tecnologías, protocolos y software libres/open source que hay a nuestra disposición, de forma que cualquier empresa por pequeña que sea pueda hacer una prueba de concepto de IoT/Industria 4.0 con una inversión mínima.

Con los conocimientos adquiridos, los alumnos conocerán las tecnologías necesarias para hacer una solución IoT y profundizar posteriormente en aquellas que más necesiten y puedan desarrollar sus propias soluciones IoT/Industria 4.0.

Al finalizar el curso el alumno será capaz de desarrollar una solución IoT/Industria 4.0 sencilla que puede implantarse como prueba piloto en cualquier empresa que desee digitalizar algún proceso.

Otros objetivos:

  • Adquirir conocimientos en cuanto manejo, montaje y parametrización de redes de comunicación industriales.
  • Adquirir recursos didácticos.

Requisitos

Para la realización de este curso es necesario tener conocimientos básicos o experiencia en algunas de estas áreas: programación, redes TCP/IP, redes inalámbricas, protocolos de comunicación, bases de datos, uso de sistemas linux, microcontroladores, autómatas, electrónica, uso de sensores, actuadores, motores, etc… 

Es recomendable un conocimiento medio de Inglés puesto que gran parte de la documentación está en Inglés.

Metodología Curso On-Line

El curso on-line consiste en 20 horas de formación en directo, repartidas en 10 sesiones de 2 horas. El curso se realizará entre el 3 de febrero y el 8 de marzo de 2020 en horario de 17:30 a 19:30.

En algunas de las sesiones, se propondrá un reto o ejercicio para realizar durante los días siguientes. Habrá disponibles sesiones de tutoría para ayuda, en grupos reducidos, sobre las dudas relativas a los retos o ejercicios propuestos.

Al final del curso se propondrá un pequeño proyecto por parte de los alumnos de trabajo aproximado 4h. Se hará una sesión final on-line de 1 hora para presentar los proyectos y se hará una tutoría antes de la presentación del proyecto para resolver las dudas que surjan en la realización del proyecto.

La plataforma en vídeo usada será https://meet.jit.si/ y se grabarán todas las sesiones, tanto las de formación como las de tutorías para las prácticas.

Los recursos utilizados para la realización de este curso son:

Además están disponibles otros recursos para ampliar información:

Es posible interactuar en el curso mediante:

Para realizar las prácticas de este curso se usará el material que veremos a fondo en un apartado posterior.

Toda la documentación será on-line con el objetivo de mantenerla actualizada y no con un documento físico que se queda obsoleto rápidamente. Después de finalizar el curso toda la documentación on-line seguirá estando disponible de forma pública.

Toda la documentación está liberada con licencia Creative Commons.

Reconocimiento – NoComercial – CompartirIgual (by-nc-sa): No se permite un uso comercial de la obra original ni de las posibles obras derivadas, la distribución de las cuales se debe hacer con una licencia igual a la que regula la obra original.

Aprendiendo Arduino by Enrique Crespo is licensed under a Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-CompartirIgual 4.0 Internacional License.

Organización del curso

FechaTemarioHoras On-line
(live)
Horas de Trabajo de Alumnos Tutorizadas
X 03/02/2117:30-19:30Fundamentos IoT2h0
L 08/02/2117:30-19:30Hardware IoT (1/3)2h2h – Ejercicio 1: Instalación y Configuración Raspbian
X 10/02/2117:30-19:30Hardware IoT (2/3)2h
L 15/02/2117:30-19:30Hardware IoT (3/3)2h2h – Ejercicio 2: Sensorización con ESP8266
X 17/02/2117:30-19:30Comunicaciones IoT2h0
L 22/02/2117:30-19:30Protocolos IoT (1/2)2h1h – Ejercicio 3: Wifi con ESP8266
X 24/02/2117:30-19:30Protocolos IoT (2/2)
Node-RED (1/3)
1h
1h
0
L 01/03/2117:30-19:30Node-RED (2/3)2h2h – Ejercicio 4: Instalar y configurar Node-RED
X 03/03/2117:30-19:30Node-RED (3/3)2h2h – Ejercicio 5: Node-RED, MQTT y Dashboard
L 08/03/2117:30-19:30Plataformas IoT2h1h – Ejercicio 6: Integración de Datos en Plataforma IoT
5h – Proyecto
TOTAL20h15h

Tecnologías Usadas

  • Arduino/ESP8266/ESP32
  • Raspberry Pi
  • API REST
  • MQTT
  • Node Red
  • LoRa
  • XBee
  • WiFi
  • Ethernet
  • Sigfox
  • Bases de Datos
  • Análisis de Datos
  • Dashboards
  • Smart Metering
  • Grafana
  • Node-RED

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Para cualquier consulta durante el curso y en cualquier otro momento mediante email: aprendiendoarduino@gmail.com

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Node-RED en la Industria

Node-RED puede ejecutarse en PLCs o en PLCs basados en Linux como p.e. los que tienen una Raspberry vistos en el punto anterior de “Raspberry Pi en la Industria”: https://aprendiendoarduino.wordpress.com/2020/03/01/raspberry-pi-en-la-industria/ 

Tanto Node-RED como Raspberry Pi en la industria se podría incluir en cualquiera de estas categorías funcionales:

  • PLC – automatizar procesos
  • PAC – PLC + PC con protocolos avanzados
  • IPC – Industrial PC
  • HMI – Dashboard Node-RED
  • Scada – Lógica programad + Dashboard

Un controlador lógico programable, más conocido por sus siglas en inglés PLC (Programmable Logic Controller) o por autómata programable, es una computadora utilizada en la ingeniería automática o automatización industrial, para automatizar procesos electromecánicos, electroneumáticos, electrohidráulicos, etc…

Un controlador de automatización programable, o PAC (del inglés Programmable Automation Controller), es una tecnología industrial orientada al control automatizado, al diseño de prototipos y a la medición. El PAC se refiere al conjunto formado por un controlador (una CPU típicamente), módulos de entradas y salidas, y uno o múltiples buses de datos que lo interconectan todo.

SCADA, acrónimo de Supervisory Control And Data Acquisition (Supervisión, Control y Adquisición de Datos) es un concepto que se emplea para realizar un software para ordenadores que permite controlar y supervisar procesos industriales a distancia. Facilita la retroalimentación en tiempo real con los dispositivos de campo (sensores y actuadores), y controla el proceso automáticamente.

IPC, acrónimo de PC industrial es una computadora destinada a fines industriales (producción de bienes y servicios), con un factor de forma entre una nettop y un rack de servidor. Las PC industriales tienen estándares más altos de confiabilidad y precisión, y generalmente son más caras que los productos electrónicos de consumo. A menudo utilizan conjuntos de instrucciones complejos, como x86, donde de otro modo se utilizarían conjuntos de instrucciones reducidos como ARM.

El Interfaz Hombre-Máquina (HMI) es el interfaz entre el proceso y los operario; se trata básicamente de un panel de instrumentos del operario. Es la principal herramienta utilizada por operarios y supervisores de línea para coordinar y controlar procesos industriales y de fabricación. El HMI traduce variables de procesos complejos en información útil y procesable.

La función de los HMI consiste en mostrar información operativa en tiempo real y casi en tiempo real. Proporcionan gráficos de procesos visuales que aportan significado y contexto al estado del motor y de la válvula, niveles de depósitos y otros parámetros del proceso. Suministran información operativa al proceso, y permiten el control y la optimización al regular los objetivos de producción y de proceso.

PAC podría equipararse al uso de un PC y un PLC conjuntamente. Los PAC están compuestos por varias aplicaciones informáticas, lo que hace que su programación sea más flexible. A diferencia de los PLC, pueden ejecutar multitareas fácilmente, trabajando en diferentes dominios como el movimiento, las aplicaciones discretas y el control de procesos.

Los PACs y PLCs tienen varias cosas en común. Internamente, ambos incluyen una fuente de potencia, un CPU, un plano trasero o dispositivo de E/S, y módulos. Tienen registros de memoria que reflejan los canales de E/S individuales en los módulos. Sin embargo, las siguientes diferencias resultan muy significativas. La 5 características principales en los PAC:

  • Funcionalidad de dominio múltiple, al menos dos de lógica, movimiento, control PID, y proceso en una sola plataforma.
  • Plataforma de desarrollo sencillo de disciplina múltiple incorporando etiquetas comunes y una base de datos sencilla para tener acceso a todos los parámetros y funciones.
  • Herramientas de software que permiten diseñar flujo del proceso a través de varias máquinas o unidades de proceso, junto con el IEC 61131-3, guía del usuario y administración de datos.
  • Arquitecturas modulares, abiertas que reflejan las aplicaciones industriales a partir de un despliegue de maquinaria en fábricas en plantas de proceso.
  • Uso de estándares de la industria para interfaces en red, lenguajes, etc., como búsquedas TCP/IP, OPC y XML, y SQL.

Una ventaja de los PAC al compararse con los PLCs, son la habilidad para procesar y desempeñar medidas complejas. Con esta característica, puede combinar diferentes sistemas de adquisición de datos como frecuencias, formas de onda, voltajes, corrientes, control de movimiento e incluso, adquisición de imágenes. Esto crea un nivel sin precedentes de manipulación y estandarización en términos del tipo de señales que pueden manipularse y procesarse. Los PACs ofrecen cientos de funciones para procesar, analizar y extraer información de estas señales.

Un PAC permite conectarse a aplicaciones empresariales y almacenar datos en bases de datos o redes corporativas ODBC/SQL activadas. Además, puede utilizar OPC para integrarse y comunicarse con sistemas de software y hardware de terceros. Los PAC’s automáticamente publican sus datos de E/S a un servidor OPC localizado en la computadora tipo servidor usada para configurar el banco de E/S. La mayoría de los paquetes de software SCADA para Windows soportan OPC, y la mayoría de los proveedores de hardware de E/S industrial proporcionan servidores de OPC para su hardware. Esto hace más sencilla la integración de los PACs con una gran variedad de hardware de E/S industrial como lo son los controladores lógicos programables (PLCs) y otros dispositivos industriales. Usted puede utilizar un paquete SCADA de terceros o el Módulo de Registro de Datos y Control, inclusive se puede conectar a servicios en la nube o plataformas administrativas como SAP

Más información:

PACs y PLCs con Node-RED

Recientemente se está incorporando Node-RED en diversos PLCs para su programación.

Varios ejemplos de PLCs basados en Raspberry Pi donde puede usarse Node-RED en: https://aprendiendoarduino.wordpress.com/2020/03/01/raspberry-pi-en-la-industria/ 

PLC/PAC de industrial shield https://www.industrialshields.com/es_ES/industrial-plc-pac-raspberry-pi-202009 basados en Raspberry Pi que pueden ejecutar Node-RED.

Industrial Shields: https://www.industrialshields.com/es_ES/blog/nuestro-blog-1/post/an-introduction-to-node-red-39

Node-RED con Industrial Shields: https://www.industrialshields.com/es_ES/blog/nuestro-blog-1/post/create-your-own-framework-node-red-first-steps-6 

Paneles HMI/IPC basados en Raspberry PI: https://www.industrialshields.com/es_ES/hmi-industrial-panel-pc-10-based-on-raspberry-pi-202011-lp

Node Red se puede comunicar con PLCs usando Modbus o con los Scadas usando OPC u OPC-UA, pero existen nodos específicos:

PLCs con Node-RED integrado:

Node-RED para openWRT: https://github.com/dceejay/openwrt-node-red 

Curso IoT simatic (Siemens con Node red); http://www.infoplc.net/descargas/109-siemens/comunicaciones/2847-manual-simatic-iot2040-node-red 

Interesante proyecto para la industria integrando Automata de Siemens: https://riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/110768/73657734G_TFM_1536705921392151385469958862519.pdf?sequence=1&isAllowed=y

Montar un servidor OPC-UA con Node-RED: 

Casos de Uso

Node-RED en la industria tiene muchos casos de uso

  • Scada
  • HMI
  • Mantenimiento predictivo
  • Predicción de fallos (mirando datos de sensores en tiempo real en streaming) aquí no vale big data, buscar patrones, analizar y generar alertas, ya que se necesita tiempo real e inmediatez.

Encuesta 2019 Node-RED: https://nodered.org/about/community/survey/2019/

Ejemplo de ABB con Node-RED: https://sesam-world.com/_pdf/sesam-138/06-ABB.pdf  

Node-RED en open energy monitor: https://guide.openenergymonitor.org/integrations/nodered/

Ejemplo de uso de Node-RED: https://sie.fer.es/esp/Servicios/Comunicacion/Sala_Prensa/Archivo_fotografico/Primera_plataforma_integrada_datos_desarrollada_JIG_Digital_junto_5_empresas_vitivinicolas/webDoc_28268.htm

Empresas que usan Node-RED

Obtenido de los planes de futuro de Node-RED publicado en https://nodered.org/blog/2020/10/13/future-plans 

Another group of users come from the companies who have integrated Node-RED into their own products and services. Hitachi, Siemens, Samsung, Particle and many others. They have a different set of needs. They want to integrate Node-RED into their existing platforms. They want to be able to offer a seamless experience to their end users – hiding away the details of how Node-RED is being run or where the flows are executed.

Whilst some of that will come from individuals, we want to increase the commercial adoption of Node-RED. This will help increase the commercial investment back into the project itself.

ModBus y Nodered

Usado el nodo https://flows.nodered.org/node/node-red-contrib-modbus

Github: https://github.com/BiancoRoyal/node-red-contrib-modbus 

Wiki: https://github.com/BiancoRoyal/node-red-contrib-modbus/wiki 

Artículo: https://blog.ironchip.net/2019/01/18/instalacion-de-node-red-en-una-raspberry-pi/ 

Ejemplo: https://flows.nodered.org/flow/bf06a87e84395e4bce276714c6f5f884

SNMP y Nodered

SNMP: https://flows.nodered.org/node/node-red-node-snmp

Trap listener: https://flows.nodered.org/node/node-red-contrib-snmp-trap-listener

Código: https://github.com/node-red/node-red-nodes/tree/master/io/snmp

Node-RED y Fiware

Existen varios nodos de Fiware para Node-RED:

El nodo principal es https://flows.nodered.org/node/node-red-contrib-fiware_official y el repositorio es: https://github.com/FIWARE/node-red-contrib-FIWARE_official. Lo que hace es trabajar con el Orion context broker, realizando varias operaciones.

Fiware + Node-RED: https://m.riunet.upv.es/bitstream/handle/10251/114982/memoria_4632841.pdf

Simulador Fiware: https://www.fiware.org/wp-content/uploads/2017/01/Hands-on-FIWARE-Context-provider-Simulator.pdf

Interesante presentación de Telefónica: https://www.uma.es/smart-campus/navegador_de_ficheros/SmartUMA/descargar/Material%20Curso%20de%20formaci%C3%B3n%20para%20la%20red%20IoT%20Smart%20Cities/FORMACION%20SMART%20CITY%20UMA%20-%20FIWARE%20y%20Plataforma%20Thinking%20Cities.pdf

Node-RED y Domótica

En HA (Home Assistant) se usa Node-RED.

Nodos de HA:

Tutorial de HA y Node-RED: https://www.juanmtech.com/get-started-with-node-red-and-home-assistant/

Addon de Node-RED en HA: https://community.home-assistant.io/t/home-assistant-community-add-on-node-red/55023

Getting Started con HA y Node-RED: https://diyfuturism.com/index.php/2017/11/26/the-open-source-smart-home-getting-started-with-home-assistant-node-red/ 

Ejemplo de HA: https://www.thesmarthomebook.com/2020/07/28/the-elephant-in-the-room-presence-detection-in-home-assistant/ 

Home Assitant Websocket: https://flows.nodered.org/node/node-red-contrib-home-assistant-websocket 

Vídeo: https://www.youtube.com/watch?v=SuoSXVqjyfc&feature=youtu.be 

Más información: https://www.domoticaeconomica.com/node-red-en-hassio-o-home-assistant

Simular dispositivos HomeKit de apple con Node-RED: https://swifting.io/blog/2017/04/05/39-homekit-devices-simulator-using-node-red-raspberry-pi/ 

Ejemplo: Scada con Node-RED

Este proyecto consiste en hacer o renovar un scada partiendo de los datos de un Scada Antiguo y crear un sistema moderno, basado en web y que publique los datos para poder integrar con sistemas de terceros de forma sencilla o poder añadir funcionalidades al sistema sin tener que modificar el scada ni el PLC.

Partimos de un sistema con un PLC (Siemens, Rockwell, Schneider, etc…) con decenas de señales y control. Además este PLC es gestionado por un Scada de la misma marca con un HMI que habla OPC y guarda los datos en ficheros txt y desde el que se hacen ciertas operaciones y también tiene una programación para control y envío de alertas.

Es un sistema antiguo, cuyo coste de actualización es muy caro. Además está sobre una versión de Windows sin soporte, por lo que es vulnerable.

La propuesta es aislar por completo el sistema de PLC y Scada para proteger de posibles vulnerabilidades al ser sistemas no actualizables y solo exponer los datos mediante tecnologías actuales. Las tecnologías que se usen serán open source.

Propuesta:

  • Uso de python y/o Node-RED para recuperar los datos de las tablas en ficheros txt y guardar los datos en una BBDD.
  • Uso de openOPC + python para obtener resto de variables, estados, etc… que no se exportan en fichero txt y guardar BBDD todas las variables adicionales en un histórico
  • Publicar en MQTT esas variables para tener disponibilidad de ellas en tiempo real
  • Usar Node-RED para programación adicional necesaria.
  • Usar el Dashboard de Node-RED para hacer el sistema HMI con el que visualizar e interactuar.
  • Hacer gráficas más complejas y otros dashboards con grafana, en combinación con el Dashboard de Node-RED