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Caso práctico: Diseño de una conectividad inalámbrica entre máquinas de baja latencia para la fábrica inteligente de 1,7 millones de m² de BYD Electronics

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Cómo una fábrica inteligente de 1,7 millones de metros cuadrados creó una ruta inalámbrica repetible desde los PLC hasta los sistemas de la planta

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Introducción
Un gran complejo industrial dedicado a la fabricación de vehículos eléctricos y productos electrónicos necesitaba conectar los PLC de las máquinas de producción con los sistemas de control, fabricación y supervisión a nivel de planta, sin tener que crear un método de integración diferente para cada máquina. La arquitectura periférica resultante combinaba Wi-Fi industrial con conversión Modbus local y una instalación compacta a nivel de máquina.
El complejo de Huizhou BYD Electronics es una importante base de producción de productos electrónicos, baterías y componentes de automoción. Su escala y la variedad de equipos automatizados crean un entorno de tecnología operativa muy denso en el que los controladores de las máquinas deben intercambiar datos con las plataformas de control de supervisión, fabricación y monitorización.
La ruta de conexión abarca desde los PLC de las máquinas hasta los puntos de acceso inalámbricos, pasando por la red troncal de Ethernet industrial y los sistemas de capa superior de la planta. Los equipos se instalan cerca de la maquinaria, donde el espacio en los armarios, las variaciones de temperatura y las interferencias electromagnéticas influyen en el diseño de las comunicaciones.
Los datos del lado de la máquina incluían Modbus RTU y otro tráfico serie, mientras que las aplicaciones de la planta requerían conectividad Ethernet y Modbus TCP. Sin una capa de conversión coherente, cada conexión de máquina podría convertirse en un proyecto independiente de protocolo y cableado.
La fábrica también necesitaba acceso inalámbrico para los equipos distribuidos por las áreas de producción. Un puente inalámbrico comercial no habría respondido adecuadamente a las necesidades de transporte determinista de comandos, interferencias electromagnéticas industriales, rango de temperaturas o montaje compacto junto a la maquinaria.

Requisitos
El diseño debía conservar las interfaces de las máquinas existentes y, al mismo tiempo, establecer una ruta repetible hacia la red de la fábrica. A escala de campus, reducir el esfuerzo de ingeniería por máquina era tan importante como seleccionar un dispositivo técnicamente compatible.
1. Admite la conversión de Modbus RTU/TCP para la integración con sistemas de capa superior.
2. Utilizar un objetivo de aceptación de la transmisión de comandos de 50 ms o menos.
3. Mantener una comunicación inalámbrica estable en un entorno industrial con un alto nivel de interferencias electromagnéticas.
4. Funcionar en un rango de temperaturas de -40 °C a 75 °C con características de protección industrial.
5. Adaptarse al espacio limitado junto a la máquina mediante montaje en carril DIN o en pared.

Solución
La arquitectura mantiene la red troncal de la planta cableada, al tiempo que traslada la conversión de protocolos y el acceso inalámbrico al borde de la máquina. Los puntos de acceso industriales proporcionan células inalámbricas en las áreas de producción, y un Mport3101-W en cada máquina conecta el PLC o el terminal serie a la red inalámbrica.
La conversión del tráfico Modbus cerca de la máquina limita la distancia y la complejidad del cableado serie. Además, crea un patrón de conexión repetible que puede aplicarse a equipos de diferentes proveedores de automatización. El dispositivo industrial compacto combina las funciones de borde necesarias para la conversión de protocolos, el acceso inalámbrico y el montaje junto a la máquina.

Implementación y verificación
La implementación consistió en colocar nodos de comunicación inalámbrica cerca de la maquinaria de producción y conectar la capa de puntos de acceso (AP) a la red Ethernet industrial. La aceptación de la puesta en servicio se definió en función de la interoperabilidad de Modbus, el intercambio continuo de datos de las máquinas, el objetivo de transmisión de comandos de 50 ms y la estabilidad de la señal en el entorno de la fábrica.
El informe del proyecto confirma la integración satisfactoria de los equipos con las plataformas de máquinas de Mitsubishi, FANUC y Siemens. También recoge un historial de despliegue sobre el terreno más amplio, que se acerca a las 20 000 unidades para esta familia de dispositivos. El informe no publica un registro de latencia, resultados de pérdida de paquetes ni un estudio de cobertura, por lo que este caso no presenta esas métricas como resultados medidos del proyecto.

Resultados
El valor del diseño no radica simplemente en que las máquinas dispongan ahora de Wi-Fi. La arquitectura redujo el número de interfaces personalizadas entre los equipos de producción y la red de la planta, localizó la conversión de protocolos en el propio activo y limitó la dependencia de nuevos tendidos fijos de cables serie.
1. Menor riesgo de integración cuando las máquinas utilizan diferentes interfaces serie o Modbus.
2. Menor interrupción de la instalación que la que supone extender el cableado de comunicación dedicado a cada máquina.
3. Replicación más rápida gracias a un patrón coherente de conexión entre la máquina y el borde de la red.
4. Aislamiento de fallos más sencillo, ya que el límite entre la conexión inalámbrica y la conversión de protocolos se sitúa en la propia máquina.

¿Está planificando la conectividad inalámbrica para PLC o máquinas con interfaz serie? Envíe las interfaces de sus controladores, los requisitos de protocolo, el objetivo de latencia, el diseño de la planta de producción y las restricciones de RF a [email protected]. Explore la página del producto Mport3101-W o lea el caso práctico completo.