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IoT para Industria – La fabrica conectada

Asunción Santamaría 2

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¿Qué es Internet de las Cosas (IoT)?

Internet ha conectado dispositivos con interacción humana: ordenadores, tablets, teléfonos.

IoT trata de conectar objetos, cosas -> Disponibilidad de información que no depende de la habilidad o disponibilidad de los humanos para introducir datos. Los propios objetos compartirán sus datos.

Permite monitorizar, contar, localizar y analizar todo a nuestro alrededor.

Produce reducción de gastos, perdidas y costes.

Aplicaciones: 3 categorías:

- Consumidores

- Empresarial

- Infraestructuras

Internet de las Cosas

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Por ejemplo: • Hay datos de diferentes entornos (ecosistemas naturales,

estructuras, edificios, fábricas)

• Monitorización medioambiental -> planificación urbanística

• Sistemas inteligentes para la gestión y planificación del transporte

• Seguridad y automatización de edificios/hogares: calefacción, suministros de agua, electricidad, gestión de energía.

• Tecnología wearable -> análisis de información biológica

• Sistemas de compra inteligentes, donde el usuario reciba ofertas de su interés.

• Gestión de infraestructuras (puentes, vías férreas, parques eólicos, generación PV)

• Mantenimiento predictivo de maquinaria

• Coordinación de dispositivos de emergencia

• Gestión de residuos

Internet de las Cosas

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Internet de las Cosas en Industria (IIoT):

¿Por qué hay un IoT para industria?

• Mejorar la automatización.

• Aumentar la productividad

• Reducir costes e incrementar la producción.

¿Qué se puede conectar?

• Maquinaria

• Personal

• Instalaciones / infraestructuras

• Sistemas existentes

¿Cómo se debe conectar?

La oferta comercial de soluciones y servicios es enorme. Cada tecnología y plataforma ha dado lugar a un nicho/silo..

¿Qué aplicaciones se están desarrollando?

• Mantenimiento predictivo

• Optimización del uso de la energía. Eficiencia energética

• Interfaz hombre-maquina. Formación.

• Correlar datos de distintas fuentes. Crear gemelos digitales (digital tweens).

Internet de las Cosas para la Industria

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Ámbitos LAN/PAN:

• 6LowPAN: IPv6 sobre 805.15.4. Permite utilizar los protocolos de la familia Internet (IP, TCP, UDP).

Ventajas del IP: estabilidad, madurez, especificaciones abiertas, implementaciones open source (y propietarias), ubicuidad, altamente desplegado, reutilización de infraestructuras y aplicaciones existentes.

• Z-wave: desarrollo bajo licencia, tener la certificación y ser miembro de la alianza ($4.000/año)

• ZigBee: tener la certificación y ser miembro de la alianza ($4.000/año)

• Thread: Es open source (es de Google). Para certificar productos comerciales hay que ser miembro del grupo ($15,000/año)

Ámbitos LP-WAN

• Sigfox: 100bps; cada dia: 140 mensajes de subida (12B) 4 mensajes bajada (8B)

• LoRaWAN: 250bps a 50 kbps; limitaciones en bajada; implementaciones en opensource y redes privadas + red publica ciudadana comunitaria

• NB-IoT: Para operadoras de telefonía móvil. Poco maduro y poca cobertura.

Arquitecturas para sistemas IoT

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Arquitectura de la solución BATNet • Basada en protocolos de comunicaciones estándar y abiertos

• Topología en malla

• Enrutamiento dinámico: hasta 6 saltos

• Rango: 250 metros en espacio abierto

Un caso practico: Presentación de BAT-

Industry

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Monitorización:

• Medidores de consumo eléctrico en líneas trifásicas para cuadros carril DIN.

• Medida de corriente y tensión (x3 fases), factor de potencia, frecuencia, potencia activa y reactiva y energía activa y reactiva

Señalización de procesos:

• 4 entradas digitales + 2 combinaciones de ellas + 2 entradas analógicas

• Entradas digitales configurables como ESTADO o CONTADOR

• Compatible con los dispositivos PLC existentes en la fabrica

Repetidores

• Instalables en carril DIN.

Concentrador:

• Funcionalidad de border-router de la red mesh, proporcionando acceso a Internet por RJ-45

• Pasarela SW para almacenamiento y envío de medidas con funcionalidades de configuración de la red mesh

• Modulo de sincronización para medida de energía en procesos

Necesidades de la fábrica

Despliegue e instalación

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Dificultades Principales

COEXISTENCIA CON SISTEMAS (ANTICUADOS) EXISTENTES:

• SOAP en lugar de REST

ADAPTACIONES DEL SISTEMA AL ENTORNO:

• Sincronismo de relojes desde Concentrador a Dispositivos

• Señalización coincidente. Sistema de gestión de colas

• Optimización de uso de CPU y memoria: Migración a Jetty web server,

eliminar compatibilidad OSGi, BBDD ligeras (de MySQL a SQLite).

INSTALACIÓN:

• Conexión a sobretensiones

• Conexión de antenas SMA con cables muy largos

• Apagado de dispositivos y concentrador. Desconexión a Internet.

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Herramientas de monitorización

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Resultados

Lecciones aprendidas (como diseñador de soluciones IIoT):

• Confirmado: El entono industrial es muy hostil.

• Los sistemas estándar y abiertos pueden ser muy flexibles.

• Diseñar hardware ya no es tan “hard”.

• Sobredimensionar (la capacidad de los sistemas electrónicos) es bueno.

• Definición de requisitos: Nada definitivo. Mas bien es un buen punto de

partida.

En las plantas de fabricación:

Implantación de MAE que han resultado en un ahorro energético entre el 5 y el

14% (dependiendo de la fabrica)

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