El IoT industrial, a menudo abreviado como IIoT, consiste en conectar los sensores y equipos de fábricas, empresas de servicios públicos y otras instalaciones industriales para poder vigilar su estado y su producción, y actuar sobre ellos, desde cualquier lugar. Las aplicaciones más habituales del IoT industrial son la monitorización del estado de las máquinas, la monitorización energética, los niveles de depósitos y fluidos, las condiciones ambientales, la medición de suministros y la localización de herramientas y activos.

Ninguna de ellas requiere una fábrica nueva. La mayoría empieza con unos pocos sensores a pilas instalados en máquinas que ya están en marcha. Lo que distingue a unos proyectos de otros es sobre todo lo que ocurre después con los datos, y de eso trata la mayor parte de este artículo.

Lo esencial

  • Las aplicaciones que antes se rentabilizan son las prácticas: estado de las máquinas, energía, niveles, temperaturas y fugas.
  • La mayoría empiezan como retrofit, con sensores inalámbricos montados en máquinas existentes y sin cambios en el sistema de control.
  • Los dispositivos típicos son sensores de vibración, pinzas amperimétricas, sensores de nivel y de presión, sondas de temperatura y pasarelas que leen datos de los controladores de las máquinas.
  • La fabricación inteligente empieza cuando se combinan datos de varias de estas fuentes y, además de alimentar gráficos, empiezan a desencadenar acciones.

¿Qué es la monitorización IoT industrial?

La monitorización IoT industrial es la recogida continua de lecturas de equipos industriales, que se envían automáticamente a un software que las almacena, las muestra y genera alertas. Sustituye a la ronda con la hoja de control, a la lectura mensual del contador y al paseo junto a una máquina para escuchar cómo suena.

La cadena que hay detrás tiene los mismos pocos eslabones en casi todos los proyectos. Un sensor mide algo físico, como vibración, corriente, nivel o temperatura. Envía la lectura por una red, a menudo una radio de bajo consumo como LoRaWAN en el caso de los sensores con batería, o una conexión cableada o wifi en el de los equipos con alimentación. Una pasarela recibe las lecturas y las reenvía a una plataforma. La plataforma guarda el historial, muestra dashboards y comprueba reglas, y las reglas avisan a las personas o desencadenan acciones.

Hay dos formas de obtener datos de una máquina. Una es leer lo que la máquina ya sabe: las máquinas modernas y sus PLC (autómatas programables, los ordenadores industriales que las controlan) guardan valores como velocidades, temperaturas y contadores, que se pueden leer mediante protocolos industriales como Modbus u OPC UA. La otra es añadir sensores desde fuera, algo que a menudo es más rápido en equipos antiguos o cuando tocar el sistema de control requiere la aprobación del fabricante de la máquina. Muchas plantas combinan ambas: leen los controladores donde es fácil y añaden sensores donde no lo es.

¿Cómo se utiliza el IoT en la industria manufacturera?

En la fabricación, el IoT industrial abarca mucho más que las máquinas de producción. La tabla siguiente recoge aplicaciones habituales, qué mide cada una y qué cambia cuando las lecturas están conectadas. Conviene tomarla como una serie de ejemplos, no como una lista completa.

Aplicación Qué se mide Qué cambia
Monitorización del estado de las máquinas Vibración y temperatura en motores, bombas, ventiladores y reductores Los problemas de rodamientos y de alineación se detectan semanas antes de que paren una línea
Monitorización energética Electricidad por línea, máquina o turno El consumo en reposo y los equipos ineficientes se hacen visibles en lugar de quedar ocultos en una sola factura
Aire comprimido Caudal, presión y potencia del compresor Las fugas y una presión de consigna demasiado alta aparecen como un derroche medible
Niveles de depósitos y fluidos Refrigerante, lubricante, productos químicos, materias primas Las reposiciones se planifican en lugar de descubrirse en una ronda con varilla
Condiciones ambientales Temperatura y humedad en almacenes, zonas limpias y salas de curado Los materiales y productos se mantienen dentro de sus condiciones especificadas, con un registro que lo demuestra
Temperaturas de proceso Hornos, secaderos, cámaras frigoríficas Una desviación fuera del rango de la receta genera una alerta durante el turno, no en la inspección final
Suministros y agua Contadores de agua, sensores de fugas, presión en las tuberías de suministro Las fugas y los consumos anómalos se detectan el mismo día
Localización de activos Ubicación de herramientas, contenedores, carretillas elevadoras y remolques Menos tiempo buscando y menos objetos perdidos entre instalaciones

El aire comprimido muestra lo rápido que se acumulan estas cifras. Según el Departamento de Energía de EE. UU., en las plantas que no las gestionan, las fugas pueden llegar en ocasiones a desperdiciar entre el 20 y el 30 % del aire que produce un compresor. Supongamos que un compresor de 75 kW funciona 6.000 horas al año y que una cuarta parte del aire que produce se pierde en fugas. Eso supone unos 112.500 kWh desperdiciados al año y, a 0,20 € por kWh, unos 22.500 € en aire que se escapa por racores y mangueras. Supervisar la potencia del compresor y la presión de la línea por la noche, cuando la producción está parada, muestra directamente la carga de fugas, porque con la producción detenida el aire que el compresor sigue suministrando se está escapando por las fugas.

La monitorización energética funciona igual a mayor escala. La mayoría de las plantas reciben una sola factura de electricidad, que no dice nada de lo que consume cada máquina. Las pinzas amperimétricas en los cables de alimentación principales de cada línea muestran el consumo por línea y por turno, y a menudo revelan máquinas que se quedan encendidas durante el fin de semana o una línea que gasta bastante más energía que otra idéntica situada a su lado.

Los registros ambientales y de proceso importan sobre todo donde los materiales son sensibles. Los adhesivos y los recubrimientos solo curan bien dentro de un rango de temperatura y humedad, la madera y el papel cambian de dimensiones con la humedad, y el almacenamiento de alimentos y productos farmacéuticos tiene límites documentados. Un sensor que registra datos cada pocos minutos genera el registro que pide un auditor o un cliente, y una alerta durante el turno da a alguien tiempo para trasladar la mercancía o arreglar una puerta antes de perder un lote.

La localización de activos engloba dos problemas distintos. Entre instalaciones, los remolques, contenedores y vehículos pueden llevar localizadores GPS que informan de su posición. Dentro de una nave grande el GPS no suele llegar, así que la localización en interiores se basa en otros métodos, como balizas Bluetooth o etiquetas que se leen en puertas y zonas. Conviene decidir cuál de los dos se necesita antes de elegir el hardware, porque los dispositivos y los costes son muy diferentes.

¿Qué ejemplos hay de dispositivos IoT industriales?

Los dispositivos que hay detrás de estas aplicaciones son, en su mayoría, instrumentos corrientes y bien probados a los que se ha añadido una radio o una conexión de red. Algunos ejemplos habituales:

  • Sensores de vibración inalámbricos, fijados a las carcasas de los rodamientos con imán, espárrago o adhesivo, que envían vibración y temperatura cada pocos minutos.
  • Transformadores de corriente y contadores de energía, que se colocan alrededor de los cables en un cuadro de distribución para medir el consumo eléctrico sin cortar el cableado.
  • Sensores de nivel, normalmente ultrasónicos o de radar, montados en la parte superior de un depósito para medir su nivel de llenado.
  • Sensores de presión y de caudal en líneas de aire comprimido, agua y proceso.
  • Sensores de temperatura y humedad para salas, cámaras frigoríficas y zonas de almacenamiento, y sondas de temperatura para hornos y equipos de proceso.
  • Sensores de puerta y de contacto que indican si un portón, un armario o una protección de máquina está abierto.
  • Sensores de gas para monóxido de carbono, dióxido de carbono u otros gases en zonas de trabajo cerradas.
  • Pasarelas edge que leen valores de PLC y contadores mediante Modbus u OPC UA y los transmiten a la plataforma.
  • Localizadores para carretillas elevadoras, contenedores y remolques que se desplazan dentro de una instalación o entre varias.
  • Relés y controladores de válvulas que pueden conmutar equipos o abrir y cerrar una válvula cuando reciben una orden.

La alimentación y la ubicación determinan gran parte del trabajo práctico. Los sensores con batería pueden ir en cualquier sitio, pero hay que sustituirlos cada pocos años, mientras que los dispositivos conectados a la red eléctrica necesitan un electricista y una toma cercana. Los equipos en zonas con atmósferas explosivas requieren dispositivos certificados para esa zona.

Al elegir dispositivos, el protocolo importa tanto como la medición. Los sensores que usan un estándar abierto como LoRaWAN o MQTT pueden combinarse con otras marcas y trasladarse más adelante a otro software. Un sensor que solo se comunica con la nube de su fabricante ata cada decisión futura a ese fabricante.

Para proyectos energéticos, Kilo Electronics ofrece dispositivos de monitorización energética junto a otros sensores industriales, y el hardware de cualquier proveedor que use una conexión compatible funciona igual.

¿Cómo hace posible el IoT industrial la fabricación inteligente?

La fabricación inteligente es un término amplio, pero en esencia se refiere a una planta en la que los datos de máquinas, suministros y personas se combinan y se utilizan para tomar decisiones más rápido, cada vez más con acciones automáticas. El IoT industrial aporta los datos. Que eso se convierta en fabricación inteligente depende de lo que ocurra después de instalar los sensores.

Lo primero es combinar fuentes. Una lectura de vibración resulta más útil junto al consumo energético de la máquina, y la temperatura de una cámara frigorífica, junto al estado de su puerta. Eso solo funciona si las lecturas de distintos fabricantes acaban en un mismo lugar con nombres y unidades coherentes.

Después, los datos tienen que llevar a la acción. Una alerta a una persona es lo más habitual, pero algunas respuestas pueden ser automáticas, como apagar una bomba cuando el nivel de un depósito baja demasiado o cerrar una válvula cuando un sensor de fugas detecta agua.

Y una vez que funciona en una línea, la misma configuración tiene que replicarse en otras líneas e instalaciones, para que la segunda planta no empiece de cero.

En una planta de fabricación que funciona con Kilo, la combinación se resuelve asignando las lecturas en bruto de distintos fabricantes a una única métrica normalizada, de modo que un dashboard o una regla ve la misma temperatura sea cual sea el sensor que la envía. Para actuar, se asigna a una regla una orden de dispositivo guardada, como cerrar una válvula mediante un controlador LoRaWAN de clase C o conmutar un relé conectado por MQTT, y Kilo registra cada orden con su resultado, desde «Entregado» hasta «Confirmado» o «Fallido».

La mayoría de las soluciones IoT para fabricación crecen en este orden: primero la monitorización, después alertas en las que la gente confía y, por último, acciones automáticas para los pocos casos en los que la respuesta correcta nunca cambia. Saltar directamente a la automatización suele salir mal, porque nadie sabe todavía qué lecturas son lo bastante fiables como para actuar sin que una persona lo compruebe antes.

Preguntas frecuentes sobre las aplicaciones del IoT industrial

¿En qué se diferencia el IoT industrial en fabricación del IoT en general?

La tecnología es en gran parte la misma, pero el IoT industrial trabaja en condiciones más duras: ruido eléctrico, estructuras metálicas, amplios rangos de temperatura y equipos que funcionan durante décadas. Además, se conecta a protocolos y sistemas de control industriales, y el coste de una lectura errónea o de una alerta perdida suele ser mucho mayor que en el IoT de consumo.

¿Funciona la monitorización IoT industrial con máquinas antiguas?

Sí. Las máquinas antiguas suelen tener salidas analógicas, normalmente señales de 4–20 mA, o contactos de relé que indican si están en marcha, y unos pequeños convertidores pueden transformarlos en lecturas que una pasarela transmite. Cuando una máquina no tiene ninguna salida, unos sensores externos de vibración, corriente o temperatura la miden desde fuera.

¿Las aplicaciones del IoT industrial forman parte de la Industria 4.0?

Sí, como uno de sus componentes. La Industria 4.0 es un concepto más amplio, presentado como parte de una estrategia del Gobierno alemán y difundido en la feria Hannover Messe en 2011, que abarca la fabricación digital en su conjunto. El IoT industrial es la parte que conecta los equipos físicos para que sus datos puedan aprovecharse.

¿Son seguras las aplicaciones del IoT industrial?

Pueden serlo, si se hace con cuidado. La serie IEC 62443 es el principal marco internacional para proteger los sistemas de automatización y control industrial, y se aplica cada vez más a dispositivos y pasarelas IIoT. Entre las prácticas básicas están las conexiones cifradas, la separación entre la red IIoT y la red de control, y la limitación de los sistemas que pueden enviar órdenes a los equipos.

Para ver el estado de las máquinas y los niveles de fluidos juntos en su propia planta, coloque un sensor de vibración en cada uno de los tres motores cuya avería más le perjudicaría y sensores de nivel en los dos depósitos de refrigerante que se vacían con más frecuencia. Configure una regla que vigile los tres motores y genere una alarma cuando la vibración de cualquiera de ellos se mantenga durante una hora por encima de un límite que usted fije. Cinco dispositivos y una regla caben en el plan gratuito de Kilo.