La automatización industrial como la conocemos ahora es una iteración moderna de un movimiento mayor que ha tenido un impacto durante décadas. El Controlador lógico programable (PLC) se creó en 1968 como un reemplazo para los sistemas tradicionales de relés alámbricos que controlaban los sistemas de automatización industrial en aquel entonces. La flexibilidad del PLC permitió la automatización de los procesos electromecánicos normalmente industriales, como el control de las máquinas en las líneas de montaje de la fábrica, en los parques de atracciones y en la confiabilidad de la generación de energía.
Nivel de control
A medida que el movimiento de la automatización industrial avanza, los ingenieros están encontrando maneras versátiles de añadir una mayor capacidad computacional a sus sistemas que permitan un comportamiento más inteligente en sus diseños. En el epicentro del diseño moderno PLC se encuentra la familia MCU de 32 bits XMC de Infineon. Esta familia escalable cuenta con periféricos de señales mixtas analógicas y digitales flexibles y un excelente rendimiento en tiempo real en un paquete económico. Las soluciones XMC combinan un núcleo de ARM de 32 bits con periféricos avanzados dirigidos a aplicaciones específicas. Infineon ofrece productos de alto rendimiento, mientras logra los objetivos de costes agresivos del cliente, al incorporar procesos flash integrados de vanguardia y pestañas de obleas de gran volumen.
Los ingenieros ahora están innovando más allá del sistema de control tradicional, centrándose en la ampliación de las opciones de comunicación dentro del sistema. Los protocolos de red de velocidades más altas en soluciones más compactas y simples ya tienen avances en las redes industriales, Infineon ya ofrece la primera MCU basada en flash con un periférico EtherCAT que permite una fácil conexión a una red EtherCAT sin ASIC o memoria externa. EtherCAT® hace un uso eficiente de los cables e Ethernet PHY para aplicaciones de automatización como el control y la regulación de los procesos físicos, donde se requiere alta integridad, seguridad y sincronicidad de datos. El periférico MCAN en MCU XMC permite la conexión de hasta seis redes CAN. El XMC4800 soporta EtherCAT, CAN, USB OTG, Ethernet, SPI, I2C, I2S, UART (por ejemplo, RS232 y RS485) y LIN que es un ajuste perfecto para los controles y E/S industrial.
El control adopta muchas formas en la automatización industrial moderna, donde se requiere alta integridad, seguridad y sincronicidad de datos.
Flexibilidad dentro del Control de diseño
Permitir la flexibilidad dentro del control está a la vanguardia del diseño PLC. Usar el XMC1400, XMC4300 o XMC4800 como la base de varios módulos de E/S permite la reutilización del diseño y la homogeneidad entre los módulos. La capacidad de reutilizar el código en una arquitectura sólida acelera el tiempo de desarrollo y confiabilidad.
Al mismo tiempo, los diseñadores desean controlar todo lo que sea posible. "Las soluciones de Infineon permiten interruptores de potencia protegidos y compactos que ahora alojan hasta 8 canales controlados de manera individual. Están diseñados para cargas inductivas, capacitivas o resistivas, para que los ingenieros ya no tengan que preocuparse por el tipo de carga específico. Las resistivas funcionan para los calentadores, las inductivas funcionan para los motores y transformadores y las capacitivas funcionan en las aplicaciones como bombillas de flash y desfibriladores. Independiente de la aplicación, muchas de estas soluciones se han construido para proteger el sistema y ayudarlo a sobrevivir a situaciones excepcionales como en las sobrecargas, cortocircuitos, polaridad inversa o la pérdida de terreno, lo que podría comprometer el diseño de la red". – Karthi Gopalan, Infineon Technologies
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Nivel de campo
Los sistemas de automatización industrial en el nivel de campo se basan en la autoconservación, la autoevaluación y la intercomunicación. Los componentes del sensor de calidad constituyen una parte integral del trabajo de nivel de campo y la automatización industrial se ha beneficiado enormemente de la revolución continua del sensor. El efecto Hall y los sensores de ángulo como TLI/TLV496x y TLE5012B de Infineon y los sensores 3D como el TLV/TLI493D-x1B6 permiten un torque exigente y un control de la velocidad, y proporcionará información general de posicionamiento. Los sistemas modernos utilizan cada vez más los motores de CC sin escobillas, ya que ofrecen una mayor eficiencia, una mayor confiabilidad y una mayor densidad de potencia, pero también dificultan determinar la posición actual, que es importante para evaluar el estado del sistema, la seguridad y los esquemas de control más eficientes. Agregar sensores de ángulo a la solución, especialmente los sensores con resistencia a desviarse de los campos magnéticos y los que han integrado la calibración, facilitan la incorporación de más información en el diseño general, ya que logran una mayor eficiencia y confiabilidad.
"Las mediciones analógicas tradicionales que utilizan las soluciones de potenciómetro u ópticas tienen una expectativa de vida limitada, factores de forma más grandes y, a menudo, son costosas. El TLV493D-A1B6 ofrece un alto rendimiento, bajo costo, alternativa sin contacto para aplicaciones que requieren mediciones precisas en 3D en combinación con bajo consumo de energía. Esta nueva línea de sensores magnéticos en 3D mide de forma confiable los movimientos de rotación, lineales y tridimensionales a lo largo de los tres ejes en un paquete pequeño de 6 pines. El uso de sensores 3D también abre opciones para detectar los movimientos de desviación y las vibraciones que pueden dañar el sistema con el tiempo, lo cual ayuda al mantenimiento y a evitar fallas". – Karthi Gopalan, Infineon Technologies
Las soluciones de control de motores de Infineon logran más con menos. La familia NovalithIC™, en particular, permite a los ingenieros crear soluciones extremadamente compactas en el control de motores con capacidades de potencia alta. Con protección en caso de sobretensión y subtensión, exceso de temperatura y de sobrecorriente integrada, así como la detección de corriente analógica incorporada y el diagnóstico del indicador de estado, NovalithIC™ brinda capacidades del disco del motor de alta corriente en un paquete pequeño, con baja resistencia de trayecto descendiendo a 6mOhm y capacidad de alta corriente ascendiendo a 68 amperios.
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Las entradas de control inteligente de NovalithIC™ permiten a los microcontroladores ajustar el motor para aplicaciones específicas, mientras monitorean cualquier problema que pueda ocurrir; la solución tiene poder e inteligencia, que es el sello de la automatización industrial moderna. Las soluciones deben ir más allá del alto rendimiento en un factor de forma pequeño; los sistemas ahora deben trabajar de forma inteligente. Junto con el NovalithIC™, Infineon ofrece una línea de módulos inteligentes de potencia que integran controladores de puerta, de arranque y componentes del conmutador en un solo paquete con protección de cortocircuito, detección de corriente y contra exceso de temperatura. Estos tipos de soluciones de autodiagnóstico están certificados por UL y parecen estar entre los componentes integrales de la próxima ola de innovación en la automatización industrial del control de motores y conmutación de potencia.
La simplificación es clave en el diseño del sistema de motor, ya que aumenta la confiabilidad y disminuye el tiempo de comercialización. Los módulos de potencia (IPM) y las familias de iMotion™ se han desarrollado para ayudar a los diseñadores de sistemas a mejorar el rendimiento del sistema y la eficiencia energética mediante la entrega de una mayor densidad de potencia, solidez mejorada del sistema y confiabilidad. El sistema de evaluación compacto y flexible proporciona una plataforma de diseño escalable para las unidades de motor de 3 fases que varía de 20W a 300W. Incluye placas controladoras y de potencia disponibles con o sin sensores. Este kit le permite diseñar un sistema de motor en pleno funcionamiento en una hora y que consta de pocos pasos: solo tiene que conectar las tarjetas en la computadora, el motor y la red y, a continuación, debe descargar, instalar y parametrizar el software.
Seguridad y protección
Los avances en la automatización industrial han avanzado con tal velocidad y han demostrado ser tan innovadores que sus aplicaciones respaldan actualmente muchos de los artículos de primera necesidad de la sociedad moderna. De hecho, muchas de las soluciones que hacen que la sociedad moderna sea "moderna", de los sistemas de fabricación y de generación de energía a los sistemas de purificación y filtrado, solo existen en su forma actual debido a los avances en la automatización industrial. Lamentablemente, la innovación ha avanzado más que la seguridad. La automatización industrial está profundamente entrelazada con aplicaciones que históricamente se han aislado y donde la seguridad digital no se ha priorizado, si es que se ha abordado. Incluso los protocolos tan simples como asegurarse de que la contraseña predeterminada se haya cambiado en los sistemas no está garantizada en algunos casos.
A medida que estos sistemas de automatización industrial aislados se ponen en línea y se exponen a la conectividad, también se encuentran expuestos a más peligros. Las amenazas han evolucionado para capitalizar en este entorno que evoluciona rápidamente. Los virus Stuxnet y Flame son ejemplos de programas de ataque sofisticado que pueden piratear sistemas completos y hay pruebas de que en algunos casos este tipo de malware hostil es patrocinado por las naciones estado. El virus Stuxnet fue particularmente eficaz y perjudicial, ya que fue capaz de sabotear el sistema PLC en las instalaciones de enriquecimiento de uranio en Natanz en Irán hasta tal punto de que destruyó centrifugadoras mientras se ocultaba de los técnicos. Stuxnet ya ha infectado a un gran porcentaje de los sistemas, dejando en evidencia lo débil de la seguridad general en las instalaciones industriales.
Recientemente, los fabricantes han intervenido para bloquear las deficiencias de seguridad. El OPTIGA™ TRUST P de Infineon es una de las soluciones que requiere autenticación única que asegura que los mensajes son seguros y de un remitente conocido antes de que los usuarios tengan la posibilidad de cargarlos. Las soluciones OPTIGA™ proporcionan mecanismos de actualizaciones seguras para prevenir cambios de código malicioso y tienen control de integridad de memoria que previenen ataques por desbordamiento de búfer que permiten a los hackers modificar otras áreas del código. Debido a que estas soluciones tienen la capacidad de cifrar los datos almacenados, los administradores de sistemas pueden proteger la información confidencial o código de configuración para que no llegue a las manos equivocadas.
El OPTIGA™ TPM de Infineon es una solución multifacética que ofrece seguridad en todos los niveles.
La automatización industrial es uno de los campos de más rápido crecimiento en la electrónica actual, pero la innovación en las aplicaciones de automatización industrial no es algo nuevo. Los ingenieros han estado desarrollando soluciones de automatización industrial versátiles durante décadas. Recientemente, el enfoque ha avanzado desde la simple creación de soluciones cada vez más eficaces al desarrollo de soluciones inteligentes. Infineon continúa abordando los retos para mejorar la inteligencia de la automatización industrial en todos los puntos de un sistema con soluciones que son potentes y compactas, pero que también están conectadas y seguras.
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