Antecedente
Dentro de la industria de alimentos y bebidas, nuestro cliente cuenta con una planta de producción ubicada en el Estado de México, la cual opera una Sala de Jarabes como parte fundamental de su proceso productivo. Dicha área integra múltiples sistemas y equipos críticos: preparación de jarabes (simple, terminado, fructosa y concentrado), sistemas CIP (Limpieza en Sitio), ozonadores, deareadores, pasteurizador, llenadora, sistemas de mezcla y líneas de producción asociadas.
La planta poseía un sistema de control distribuido basado en controladores de distintas marcas, modelos y generaciones, muchos de los cuales se encontraban discontinuados y con bajo nivel de soporte técnico, lo que representaba un riesgo operativo significativo para la continuidad de la producción.
Se identificó la necesidad de actualizar la totalidad de los sistemas de control a una plataforma moderna y unificada, así como implementar un sistema SCADA centralizado para la supervisión y adquisición de datos del área completa.
Problemas y necesidades
La problemática principal del proyecto se centraba en los siguientes puntos:
- Obsolescencia tecnológica: Los controladores existentes pertenecían a diferentes familias, marcas y generaciones, varios de ellos descontinuados, lo que dificultaba la obtención de refacciones, soporte técnico y representaba un riesgo latente de paro de producción.
- Heterogeneidad de sistemas: La coexistencia de múltiples plataformas de control (controladores lógicos programables de diversas familias, sistemas propietarios legacy, módulos remotos de E/S obsoletos) generaba complejidad operativa, limitaba la estandarización y dificultaba las labores de mantenimiento y diagnóstico.
- Ausencia de un sistema SCADA unificado: No se contaba con una plataforma centralizada de supervisión que integrara todas las áreas de Jarabes, CIP, líneas de producción y sistemas auxiliares, lo que impedía una visión integral de la operación y la generación de históricos y análisis de datos.
- Red de comunicación no estandarizada: La infraestructura de red existente no contaba con un diseño formal ni con protocolos de redundancia que garantizaran la alta disponibilidad de la comunicación entre los equipos de control.
- Falta de respaldos en algunos sistemas: Para ciertos equipos propietarios, no se contaba con respaldos del programa fuente, lo que requería un proceso de ingeniería inversa y levantamiento en campo.
- Requerimientos de inocuidad: Al tratarse de la industria alimenticia, toda la infraestructura física instalada debía cumplir con estándares de higiene e inocuidad, lo que demandaba el uso de materiales y técnicas de instalación especializadas.
Razones
Dentro de los requerimientos del cliente se solicitaron los siguientes puntos como parte del alcance:
- Migración completa de sistemas de control: Suministro, instalación y puesta en marcha de nuevos controladores de última generación, migrando la totalidad de los sistemas existentes (más de 25 nodos/equipos) a una plataforma unificada, ejecutado en dos fases.
- Implementación de sistema SCADA centralizado: Desarrollo e integración de un sistema SCADA para la supervisión integral de todas las áreas, con capacidad de hasta 10 clientes simultáneos y 4 clientes con acceso completo.
- Diseño e integración de aplicaciones HMI: Desarrollo de aplicaciones de operador para cada una de las áreas intervenidas, integrando los despliegues al sistema SCADA superior.
- Diseño Lógico y Físico de Red OT: Elaboración de la ingeniería completa de la red de Tecnología Operacional, incluyendo definición de topología, segmentación lógica (VLANs), direccionamiento IP, y especificaciones de componentes activos y pasivos.
- Implementación de anillo de red OT con redundancia: Creación e instalación de una red tipo anillo con switches administrables industriales, garantizando redundancia y alta disponibilidad en la comunicación entre todos los nodos y áreas del proceso mediante protocolo de anillo redundante.
- Infraestructura de canalización en acero inoxidable: Instalación de toda la canalización de red de manera independiente y exclusiva para cableado de comunicación, empleando tubería de acero inoxidable con conexiones soldadas para cumplir con los estándares de inocuidad de la industria alimenticia.
- Infraestructura de servidores: Suministro e instalación de un rack de servidores dedicado que incluye: servidor de respaldo de aplicaciones, servidor de históricos, servidor de redundancia, sistemas de energía ininterrumpida, consola de administración y sistema de climatización independiente.
- Base de datos para históricos: Implementación de una base de datos relacional para el almacenamiento de históricos de alarmas, eventos y análisis de comportamiento de los equipos.
- Retiro de sistemas obsoletos: Desmontaje y retiro de todo el cableado, componentes y tableros que dejaban de ser funcionales.
- Capacitación integral: Formación del personal operativo sobre el funcionamiento de los equipos, así como capacitación al personal de automatización sobre el sistema SCADA, aplicaciones HMI, base de datos y herramientas de programación.
- Documentación completa: Entrega de diagramas eléctricos por cada tablero, diagramas de canalización de red, respaldos de programas y licenciamientos de todos los softwares utilizados.
Solución
Producto de lo anterior, el equipo de Ingeniería revisó, diseñó y ejecutó la siguiente solución integral:
Migración y Actualización de Sistemas de Control
- Suministro e instalación de controladores de última generación en más de 25 nodos distribuidos en las áreas de Jarabes, CIP, Ozonadores, Pasteurizador, Llenadora, sistemas de mezcla y líneas de producción asociadas, incluyendo chasis, módulos de entradas/salidas digitales y analógicas, fuentes de alimentación y módulos de comunicación.
- Para los sistemas propietarios que no contaban con respaldos del programa fuente, se realizó un proceso de levantamiento en campo y acompañamiento durante producción para documentar la filosofía de operación, seguido del desarrollo de la nueva programación desde cero.
- Fabricación e instalación de tableros de control construidos en acero inoxidable grado alimenticio, cumpliendo con los estándares de inocuidad requeridos por la industria alimenticia.
Diseño Lógico y Físico de Red OT
- Desarrollo completo de la ingeniería de red bajo estándares y buenas prácticas internacionales: CPWE (Guía de Implementación y Diseño de Ethernet Convergente), ISA-99 (Modelo de Purdue para clasificación de zonas de seguridad), ISA-95 (integración de funciones empresariales y sistemas de control) y clasificación MICE (Mecánico, Ingreso, Climático-químico y Electromagnético).
- Definición de la topología de red industrial a nivel acceso (Capa 2) y nivel Core (Capa 3).
- Segmentación lógica mediante VLANs, definición de direccionamiento IP y especificación de gabinetes de zona para resguardo de switches industriales.
- Entrega de documentación completa: arquitectura lógica, arquitectura física, diagramas de topología, diagramas unifilares de enlace y listado de materiales de componentes activos y pasivos.
Implementación de Anillo de Red OT con Redundancia
- Instalación y configuración de switches administrables industriales en cada una de las áreas intervenidas (Jarabes, CIP, sistemas de mezcla, líneas de producción, servidores y dosificación).
- Implementación de la topología de anillo de red con protocolo de redundancia, garantizando la alta disponibilidad de la comunicación; en caso de falla de un segmento, el tráfico se redirige automáticamente sin pérdida de comunicación.
- Sustitución del cableado de red existente por nuevo cableado de fibra óptica y cobre, asegurando el rendimiento y confiabilidad de la infraestructura.
Infraestructura de Canalización con Estándares de Inocuidad
- Diseño, fabricación e instalación de toda la canalización de red en acero inoxidable con conexiones soldadas, independiente y exclusiva para el cableado de comunicación.
- Esta solución garantiza el cumplimiento de los estándares de inocuidad e higiene exigidos por la industria alimenticia, eliminando riesgos de contaminación y facilitando los procesos de limpieza y sanitización del área de producción.
- Diseño y fabricación de pedestales en acero inoxidable para la colocación de estaciones de operación en campo.
Sistema SCADA y Supervisión Centralizada
- Desarrollo e implementación del sistema SCADA, integrando todas las áreas de la Sala de Jarabes en un sistema unificado de supervisión, control y adquisición de datos.
- Configuración de la infraestructura de servidores: servidor de aplicaciones, servidor de históricos y servidor de redundancia, con sistemas de energía ininterrumpida y climatización independiente.
- Implementación de base de datos relacional para el registro histórico de alarmas, eventos y generación de análisis de desempeño de los equipos.
- Instalación de pantallas de visualización de 55" en áreas estratégicas (Sala de Jarabes y Laboratorio de Automatización) para el monitoreo en tiempo real de la operación.
Aplicaciones HMI e Integración
- Diseño y desarrollo de aplicaciones de interfaz de operador (HMI) para cada una de las áreas intervenidas, basándose en el levantamiento y diseño de las pantallas existentes.
- Integración de todas las aplicaciones al sistema SCADA superior, proporcionando una experiencia unificada de operación.
- Generación de históricos de alarmas en la base de datos con capacidad de análisis y generación de reportes.
Servicios Complementarios
- Mapeo de señales y levantamiento previo a cada intervención, asegurando la correcta identificación y transición de todas las señales de control y fuerza.
- Pruebas y comisionamiento en cada etapa de migración, con presencia de personal especializado hasta la autorización del área de Automatización.
- Capacitación integral al personal operativo y de automatización sobre la operación del nuevo sistema, el SCADA, la base de datos y las herramientas de programación.
- Soporte técnico continuo durante todas las fases del proyecto.
- Entrega de documentación completa: diagramas eléctricos, diagramas de canalización de red, respaldos de programas y licenciamientos.
Resultados
Al ser un proyecto de actualización integral de sistemas de control y automatización en una planta de la industria alimenticia, se logró implementar de manera exitosa todos los objetivos y alcances previstos en ambas fases del proyecto.
Como resultado, se generaron los siguientes beneficios:
- Eliminación del riesgo por obsolescencia: Se migró la totalidad de los controladores discontinuados y heterogéneos a una plataforma moderna y unificada, asegurando la disponibilidad de soporte técnico y refacciones a largo plazo.
- Alta disponibilidad de comunicación: La implementación del anillo de red OT con protocolo de redundancia garantiza la alta disponibilidad en las comunicaciones; ante la falla de cualquier segmento de red, el sistema se recupera automáticamente sin afectar la operación de la planta.
- Visión integral de la operación: El sistema SCADA centralizado permite supervisar y controlar todas las áreas de la Sala de Jarabes desde una plataforma unificada, con históricos de alarmas, análisis de datos y acceso multicliente.
- Cumplimiento de estándares de inocuidad: La implementación de canalización en acero inoxidable con conexiones soldadas y tableros en acero inoxidable grado alimenticio garantiza el cumplimiento de las normativas de higiene e inocuidad de la industria alimenticia.
- Red OT diseñada bajo estándares internacionales: El diseño lógico y físico de la red bajo normas CPWE, ISA-99, ISA-95 y clasificación MICE asegura una infraestructura robusta, segura y escalable.
- Estandarización y mantenibilidad: La unificación en una sola plataforma de control simplifica las labores de mantenimiento, diagnóstico y capacitación, reduciendo tiempos de respuesta ante fallas.
- Base sólida para la transformación digital: La infraestructura implementada (servidores, base de datos, sistema SCADA) sienta las bases para futuras iniciativas de analítica de datos, optimización de procesos y toma de decisiones basada en información en tiempo real.
- Soporte local especializado: Se cuenta con personal local altamente calificado, lo que brinda un tiempo de respuesta mucho más rápido y una trazabilidad completa de todos los procesos y sistemas implementados.
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