Whitepaper – Diseño de sistemas de grado Industrial

Whitepaper – Diseño de sistemas de grado Industrial
A la hora de tomar una decisión tecnológica sobre un sistema de comunicaciones,
seguridad o automatización de grado industrial, es necesario comprender porque
se solicita con ciertas características y cuáles son los principales motivos en los
que se basan las decisiones.
En la actualidad, existen 4 tipos de Ingenieria para sistemas tecnológicos,
divididas en lo que se llaman grados:
Grado de Consumo -> Diseño de sistemas hogareños
Son diseños con funcionalidades básicas, sin posibilidad de crecimiento y que no
poseen posibilidad de reparación, sino que son reemplazados cuando fallan. La
configuración la realiza el propio usuario y la vida útil del equipamiento suele ser 2
años.
Grado de Empresa -> Diseño de sistemas empresariales
Estos sistemas soportan múltiples protocolos para adaptarse a instalaciones
existentes, permiten implementar sistemas de seguridad, tienen una alta
confiabilidad y un buen soporte por parte del fabricante.
El despliegue es en ambientes con condiciones controladas y por personal
capacitado, que también le brinda soporte para cambio de equipos cuando alguno
tiene una falla.
Grado Carrier (Carrier Class) -> Diseño de sistemas para prestadores de servicio
Son diseños que proveen una muy alta disponibilidad para una gran cantidad de
usuarios, con todas las tecnologías disponibles y soporte por niveles. Adoptar
nuevas tecnologías requiere homologaciones con toda la red, por lo cual los
procesos de cambio son lentos.
La instalación se realiza en ambientes controlados, con sistemas de energía
estables y mantenimiento muy frecuente por personal idóneo. Son tecnologías que
funcionan por placas y cuando falla alguna de ellas, se tiene una detección
temprana porque hay personal visualizando la gestión de la red.
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Luego de la detección, las placas son reemplazadas dentro de las pocas horas por
contar con repuestos en stock y personal capacitado para hacerlo.
Grado Industrial -> Diseño de sistemas Industriales
Un diseño de grado industrial debe operar en ambientes no controlados, con
rangos de temperatura y humedad extremas, habitualmente fuertes vientos y
soportar altas vibraciones; y bajo todas estas condiciones brindar una alta
disponibilidad, buena performance en todas las condiciones de operación,
inclusive en casos de emergencia. Además deben funcionar durante años, sin
pasar por todos los cambios tecnológicos por los que pasan las redes tipo Carrier
Class.
Las compañías industriales que manejan estos equipos no tienen técnicos
altamente capacitados en sitio, pero los sistemas y aplicaciones que se controlan
funcionan las 24 hs.
Los sistemas de Grado Industrial deben ser diseñados por Ingenieros con
experiencia en ambientes industriales, para poder garantizar el funcionamiento en
las condiciones mencionadas durante varios años.
En resumen, se puede decir:
Grado
Consumidor
Empresarial
Aplicación
Diseño para
usuarios
hogareños
Diseño para empresas
y entidades
gubernamentales
Tipo de
Instalacion
No requiere
personal
capacitado
Requiere personal
capacitado para la
instalación, pero no
para la operación
Ciclo de vida 2 a 4 años
4 a 6 años
Factores
importantes
Flexibilidad, seguridad
y disponibilidad
Costo
Carrier
Diseño para
proveedores de
servicio
Instalación compleja
con severos
controles por la
masividad de
usuarios
5 años (por cambio
de tecnología)
Capacidad,
Flexibilidad,
Confiabilidad
Industrial
Diseño para
operación en
ambientes
industriales
Instalación muy
compleja por el tipo
de ambiente donde
debe utilizarse.
10 años
Confiabilidad
Luego de conocido cada tipo de diseño, es necesario recabar información de la
operación diaria, para entender porqué es necesario una red de grado industrial.
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La confiabilidad es hito fundamental para los sistemas industriales porque las
acciones que se realizan por sobre los sistemas son importantes para la operación
y la seguridad de las personas. Por ejemplo, una falla en un sistema de
automatización puede dejar de operar maquinaria que pare la producción, como
poner en riesgo la salud de los trabajadores parando un sistema de ventilación.
También, puede dejar sin la única vía de comunicación a un campamento remoto,
situado a una distancia importante del pueblo más cercano.
En los ambientes industriales suele haber un departamento de IT que se encarga
de mantener la red, pero que no tiene turnos para soporte 24hs x 365 días del
año. Además, posee un amplio espectro de temas que atender, desde los
servidores, pasando por los sistemas de comunicación hasta las PC de los
usuarios internos; por lo tanto, suele tener inconvenientes para tener una persona
capacitada en el sitio del problema con un buen tiempo de respuesta, lo que aleja
los ambientes industriales de los diseños tipo Carrier Class.
Por otro lado, los ambientes industriales son sitios con condiciones de temperatura
y humedad no controladas, e inclusive inaccesibles durante alguna época del año.
Además, por el tipo de actividad es fácil establecer un mantenimiento programado
dentro de la operación, pero cuando no es programado es probable que la
operatoria diaria no permita acceso al sitio.
Viendo las dificultades de la Industria para garantizar una alta disponibilidad luego
de sucedida una falla, como pasa en las redes de grado Carrier, es fundamental
una Ingenieria que aumente la confiabilidad reduciendo al mínimo la cantidad de
fallas de la red. Para esto es necesario tener en cuenta varios factores.
Parámetros para garantizar una alta disponibilidad desde el diseño
La DISPONIBILIDAD se calcula modelando el sistema como la interconexión de
partes en serie. Dos partes se consideran operando en serie cuando la falla de
una de las partes hace que la combinación sea inoperable
La metodología de evaluación de disponibilidad en serie, puede ser resumida
como:
Part X
Part Y
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Dos partes X e Y se consideran operando en serie si la falla de alguna causa la
falla de la combinación. El sistema se considera operacional si ambas partes X e Y
están disponibles. De aquí surge que la disponibilidad combinada es el producto
de la disponibilidad de las dos partes.
La disponibilidad combinada (A) se muestra en la siguiente ecuación (modelo de
disponibilidad en serie)
A = Ex * Ay
La implicancia de la ecuación anterior es que la disponibilidad combinada de dos
elementos serie siempre es menor que la disponibilidad de sus componentes
individuales.
El diseño de disponibilidad debe basarse en dos tipos: la disponibilidad operativa y
de mantenimiento.
La disponibilidad operativa es la de funcionamiento normal y la de mantenimiento
es independiente a los cálculos y básicamente, se refiere a si el sistema sigue
funcionando durante posibles tareas de mantenimiento. Este parámetro es muy
importante y ahorra mucho costo de mano de obra durante la operación.
El primer paso y fundamental es definir cuáles son las partes del sistema que
afectaran la disponibilidad total. Primero se empieza por el ambiente de operación,
donde se instalaran los equipos y qué tipo de mantenimiento debe hacérseles a la
infraestructura. Luego, es necesario revisar la disponibilidad del sistema de
alimentación, ya que la energía es fundamental en cualquier sistema que se
diseñe. Con esto se puede comenzar a ver la disponibilidad del equipamiento
objeto de estudio. Y aquí es importante detallar que esta disponibilidad es función
de la obtenida en mediciones de laboratorio y el diseño de la red, sus lazos de
redundancia y la distribución de la arquitectura de acceso a los datos.
Sistemas Industriales en Minetech
En Minetech diseñamos sistemas de tipo Industrial para comunicaciones y
seguridad, garantizando a través de la Ingenieria una alta disponibilidad y
brindando herramientas para un análisis exhaustivo del tipo de mantenimiento que
debe realizarse. Esperemos poder trabajar con su empresa como su partner
tecnológico.
Dpto. de Ingenieria de Minetech.4
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