Sistema empotrado de bajo costo para adquisición de datos basado en el estándar de comunicación industrial OPC-UA

Abstract

El término “Industria 4.0” cada vez se está haciendo muy popular dentro de la comunidad que desarrolla tecnologías para la producción y control a nivel industrial, y con buena razón. La referencia de las diferentes etapas caracterizadas por grandes revoluciones industriales a lo largo de los años, revela la importancia y el papel fundamental que va a desempeñar la sustentabilidad de la nombrada “Fábrica del Futuro”. Con este fin, la investigación realizada trata sobre la implementación física y desarrollo aplicativo en base a la estructura planteada por OPC-Foundation y su estándar de arquitectura unificada (OPC-UA), integrado dentro de un sistema empotrado, basado en una tarjeta Single Board Computer Raspberry Pi, todo esto orientado a la adquisición de datos en tiempo real de diferentes sistemas de control.

Los desafíos del sistema planteado, radicaron principalmente en la selección apropiada del hardware y software de código abierto, a eso se le incluye los protocolos de comunicación entre los módulos y su complejidad de nivel medio en su programación necesaria para generar la aplicación deseada. A su vez se necesitaron varias pruebas para validar los requisitos de velocidad de comunicación y confiabilidad requeridos, con la finalidad de suplir objetivos importantes relacionados con la tecnología OPC-Clásico, comunicación multiplataforma, interoperabilidad de sistemas y mejora de la eficiencia en trasferencia y control de información.

Este sistema se implementó para la adquisición de señales tipo analógicas del módulo FESTO® MPS-PA Compact Workstation, aplicado al desarrollo de dos estructuras de lazo de control abierto y cerrado, todo esto bajo una arquitectura Servidor/Cliente. El servidor se compila dentro de la Raspberry Pi que, a su vez ejecuta un sistema operativo Debian/Linux, mientras que el cliente GUI se ejecuta dentro de un ambiente Windows, obteniendo una respuesta de control y trazado de datos en tiempo real aceptable y una operabilidad estable de todo el sistema en general. ABSTRACT

The term "Industry 4.0" is becoming increasingly popular within the community that develops technologies for industrial production and control, and with good reason. The reference of the different stages characterized by great industrial revolutions over the years reveals the importance and the fundamental role that the sustainability of the so-called "Factory of the Future" will play. To this end, the research carried out deals with the physical implementation and application development based on the structure proposed by OPC-Foundation and its industrial communication standard (OPC-UA), integrated into a built-in system, based on a Single Board Computer Raspberry Pi, all this oriented to the acquisition of real-time data from different control systems.

The challenges of the proposed system were mainly in the appropriate selection of open source hardware and software, this includes the communication protocols between the modules and the extensive programming necessary to generate the desired application, in turn, several tests were needed to validate the required communication speed and reliability requirements, in order to meet important objectives related to OPC-Classic technology, multiplatform communication, systems interoperability and efficiency improvement in transfer and control of information.

This control system was implemented for the acquisition of analog type signals of the FESTO® MPS-PA Compact Workstation module, in addition to the development of a level PID control, all this under a Server/Client architecture, the server is compiled within the raspberry Pi, which in turn runs a Debian/Linux operating system, while the GUI client runs in a Windows environment, obtaining a control response and real-time data tracing of around 100ms, and a stable operability of all the system in general.