Cómo funciona la adquisición de datos
A medida que avanzamos hacia la Industria 4.0, queda claro que la adquisición y utilización de datos de calidad en la planta de producción será fundamental para el éxito en la nueva era de los procesos productivos.
La captación de datos de alta calidad no solo ayuda a crear ideas que permiten a los fabricantes mejorar la productividad y la rentabilidad, sino que también es un primer paso esencial hacia la industria manufacturera de alta tecnología, impulsada por los datos, que se nos viene encima.
Este concepto se podría resumir con la frase:
«Medir para conocer y controlar»
Aunque ya existen muchos sistemas que permiten a las empresas recopilar, analizar y actuar rápidamente sobre los datos que salen de la planta de producción en tiempo real, los indicadores indican que sólo capturan una pequeña parte del proceso de producción.
Se calcula que menos del 5% de la maquinaria y los equipos de producción están supervisados digitalmente, y que el énfasis principal está en los procesos de fase final o de alto valor.
En este artículo vamos a analizar las características principales de la adquisición de datos y su influencia en la planta de producción de la industria 4.0.
Qué es la adquisición de datos
Los sistemas de adquisición de datos de producción (DAQ) adquieren información de múltiples fuentes, la analizan y luego presentan o emiten los resultados.
Las fuentes múltiples pueden proceder de termopares, detectores de temperatura por resistencia (RTD), transductores de presión, sensores de proximidad o cualquier otra fuente de tensión, corriente o resistencia.
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El hardware, el software o las combinaciones analizan estos datos. Por lo general, estas señales de proceso y medición, que suelen ser analógicas, se convierten en señales digitales.
El procesamiento posterior se realiza para preparar los datos para su presentación.
En la práctica, la presentación o salida puede ir al hardware, al software o a una combinación de archivos, que proporcionan un modo conveniente para la interpretación humana.
Las salidas típicas son los registradores gráficos, las impresiones de los registradores de datos y las pantallas de los monitores.
Componentes de un sistema de adquisición de datos
Todos los sistemas de adquisición de datos constan de tres elementos esenciales:
- El sensor.
- El acondicionamiento de la señal.
- El convertidor analógico-digital (ADC).
Sensores (transductores)
Los sensores, a menudo llamados transductores, convierten los elementos del mundo real, como la temperatura, la fuerza y el movimiento, en señales de tensión o de corriente que pueden utilizarse como entradas para el ADC.
Los sensores más comunes son los termopares, los termistores y los RTD para medir la temperatura, los acelerómetros para medir el movimiento y las galgas extensométricas para medir la fuerza.
A la hora de elegir el sensor adecuado para tu sistema de medición, es importante tener en cuenta factores como la precisión del sensor y el acondicionamiento de la señal necesario para registrar una señal legible.
Acondicionamiento de la señal
Para realizar mediciones de calidad en los transductores, a menudo se necesita un circuito adicional entre el transductor y el ADC.
Esta circuitería se conoce generalmente como acondicionamiento de la señal y puede incluir amplificación/atenuación, filtrado, puente de Wheatstone, excitación, alineación, calibración y compensación de unión fría.
En función del tipo de sensor existen necesidades diferentes de acondicionamiento de la señal.
Convertidor analógico-digital
El núcleo de todos los sistemas de adquisición de datos es el convertidor analógico-digital (ADC).
Como su nombre indica, este chip toma los datos del entorno y los convierte en gráficos discretos que pueden ser interpretados por un procesador.
Estos niveles discretos corresponden al cambio más pequeño detectable en la señal que se está midiendo.
Cuanto mayor sea el número de «bits» de un ADC (12 bits, 16 bits, 18 bits, etc.), mayor será el número de gráficos discretos que pueden representar una señal analógica y mayor será la resolución del ADC.
Tipos de sistemas de adquisición de datos
El sistema de adquisición de datos puede dividirse en dos tipos:
- Sistema de adquisición de datos analógicos
- Sistema de adquisición de datos digital
El sistema de adquisición de datos analógico da una salida analógica mientras que el sistema de adquisición de datos digital da una salida digital.
Por un lado, el DAQ analógico se utiliza cuando se requiere una gran amplitud de frecuencia o cuando se pueden tolerar precisiones más bajas.
Mientras que el DAQ digital se utiliza cuando la cantidad física que se supervisa tiene un ancho de banda estrecha (es decir, cuando la cantidad varía lentamente).
Además, se requiere una gran precisión y un bajo coste por canal. Son más complejos que los DAQ analógicos.
De hecho, los datos digitales tienen más ventajas que los analógicos. Algunas de estos beneficios son:
- Procesamiento fácil y rápido.
- Transmisión fácil y rápida.
- Fácil visualización.
- Se requiere menos espacio de almacenamiento.
- Mayor precisión.
Debido a estas ventajas, las empresas prefieren, por lo general, el sistema de adquisición de datos digital.
Cómo se hace la adquisición de datos
Para llevar a cabo la adquisición de datos se realiza un proceso de conversión de las señales del mundo real al dominio digital para su visualización, almacenamiento y análisis.
Como los fenómenos físicos existen en el dominio analógico, es decir, en el mundo físico en el que vivimos, primero hay que medirlos allí y luego convertirlos al dominio digital.
Este proceso se lleva a cabo mediante una serie de sensores y unos circuitos de acondicionamiento de señal como ya hemos comentado con anterioridad. A estos procesos se les suelen denominar sistemas de medición.
Las salidas se muestrean mediante los convertidores analógico-digitales (ADC) y luego se escriben en un flujo basado en el tiempo en un medio de memoria digital.
Todo el sistema se controla y maneja mediante una aplicación de software. Esta aplicación de software se desarrolla utilizando lenguajes de programación de propósito general como C, C++, java, etc.
En la teoría, para el buen funcionamiento del sistema de adquisición de datos se han de cumplir las siguientes características:
- Tiene que recoger los datos necesarios a la velocidad correcta.
- Ha de utilizar todos los datos de forma eficaz para informar al operador sobre el estado del sistema.
- El sistema debe supervisar el funcionamiento completo del sistema para mantener un funcionamiento óptimo y seguro en línea.
- Tiene que poder resumir y almacenar los datos para el diagnóstico del funcionamiento y el registro.
- También debe ser flexible para poder responder a las necesidades futuras.
- Ser fiable y no tener un tiempo de inactividad superior al 0,1%.
- Ha de ofrecer un sistema de comunicación eficaz.
¿Por qué es importante la adquisición de datos?
Para las empresas de fabricación, la adquisición de datos de producción es un paso importante hacia la transformación digital en la era de la Industria 4.0.
Esto se debe a que las empresas manufactureras solo pueden obtener una imagen real de sus procesos de producción si su base de datos es correcta y fiable.
Un sistema automático de adquisición de datos es también un requisito esencial para automatizar el proceso de planificación y control de la producción.
Hoy en día, debido a la creciente digitalización y complejidad de los datos, muchas empresas manufactureras ya confían en sistemas PDA inteligentes que adquieren los datos de producción de forma automática, correcta y en tiempo real.
Esto les permite aumentar la eficiencia durante el proceso de producción, reconocer el potencial de optimización y explotarlo en consecuencia.
En la planta de producción, los sistemas de adquisición de datos suelen ser componentes principales de los sistemas inteligentes de ejecución de la fabricación (MES).
Un sistema MES permite establecer un proceso automatizado de planificación y control de la producción exitoso, yendo así un paso más allá del sistema de planificación de recursos empresariales (ERP).
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La planificación, el control y la supervisión de tu proceso de producción dependen en gran medida de tu sistema de adquisición de datos de producción: Sólo si los datos reales adquiridos están completos y son correctos, podrás obtener una imagen real de tus procesos de fabricación.
En definitiva, te proporciona una base fiable para optimizar tus actividades de fabricación.
A medio y largo plazo, esto se traduce en una reducción de los costes, en procesos más eficientes, en un mayor nivel de satisfacción de los empleados, en productos con mayor nivel de calidad y, en consecuencia, en clientes también más satisfechos.
Por otra parte, la adquisición de datos de producción también desempeña un papel fundamental en la aplicación del concepto de Industria 4.0. En este caso, la capacidad de adquirir datos de producción de forma digital proporciona la base para lograr un proceso de producción eficiente.
Esto se debe al hecho de que tanto el crecimiento como la competitividad requieren que las empresas de fabricación avancen más por la vía digital.
Como resultado, las empresas que ya confían en un sistema de adquisición automática de datos de producción se pueden beneficiar de una base de datos sin errores a largo plazo.
¿Cuáles son los beneficios de un sistema de adquisición de datos?
Ahora que tenemos la parte técnica resuelta, veamos las ventajas más importantes que nos puede ofrecer un DAQ:
Rentabilidad: cuando se trata de utilizar un dispositivo, todos los usuarios desean saber la rentabilidad de la máquina. El costo de la entrada de datos, el almacenamiento y la recuperación de los datos es sencillo y no necesita depender de otros medios para el almacenamiento.
Reducción de la duplicidad de datos: al tiempo que se facilita la recopilación y el almacenamiento de los datos, se requiere menos intervención manual, lo que se traduce en menos errores. Uno puede simplemente sentarse y confiar en la captación precisa de datos sin perder el ritmo.
Gran versatilidad: desde el manejo de procesos individuales hasta el manejo de datos de muchos dispositivos, un sistema de adquisición de datos puede trabajar con el manejo de procesos fáciles así como complejos como la grabación de múltiples procesos al mismo tiempo con ciertos ajustes en el sistema.
Alta compatibilidad: con los ordenadores y portátiles que se utilizan más en el entorno de trabajo, un DAQ puede funcionar como un dispositivo independiente con una interfaz de software y hardware incorporada que puede transferirse con un simple USB o utilizar una tecnología basada en la nube accesible para muchos ordenadores al mismo tiempo.
Ahorro de tiempo: con los sistemas incorporados, un sistema de adquisición de datos ahorra mucho tiempo al facilitar la supervisión. De este modo, analizar los problemas y las incidencias también resulta más fácil y afrontarlos no perjudica al usuario.
