Los equipos, procesos y sistemas existentes se pueden actualizar con instrumentación inalámbrica para mejorar el rendimiento, la calidad y el tiempo de operación.

Las compañías farmacéuticas están sometidas a las mismas presiones que muchas otras industrias para mejorar las operaciones, emitir la documentación asociada, garantizar la calidad de los productos, reducir el mantenimiento, así como otros costes operativos, y mantener la seguridad de sus instalaciones. Una forma de lograr estos objetivos es a través del Internet of Things (IIoT) que utiliza un ecosistema digital para monitorizar procesos y activos, analizar datos y tomar medidas para mejorar y optimizar los procesos y la operación de los equipos.

Al llevar a cabo este tipo de estrategia, deben considerarse dos cuestiones. La primera es que la mayoría de las instalaciones de fabricación dependen de la instrumentación cableada, y a menudo resulta prohibitivo ampliar las capacidades de supervisión y optimización más allá de las operaciones fundamentales. A menudo existe una capacidad limitada de E / S de repuesto, y no hay posibilidades de aprovechar la infraestructura cableada existente. Agregar más instrumentos cableados a una infraestructura existente no es solo costoso, sino que también presenta desafíos adicionales con la limpieza. El segundo problema es la necesidad de limpieza higiénica durante todo el proceso. Cualquier instrumento que se añada debe ser compatible con los requisitos de limpieza.

En este artículo, examinaremos cómo se puede utilizar la instrumentación WirelessHART para recopilar de manera económica e higiénica más datos del proceso y del equipo para mejorar las operaciones.

FUNDAMENTOS DE WIRELESSHART

WirelessHART es un estándar abierto respaldado por cientos de compañías a través de FieldComm. Una instalación de WirelessHART generalmente incluye:

• Uno o más instrumentos WirelessHART
• Una pasarela para recibir señales inalámbricas de hasta 100 instrumentos
• Una conexión por cable, bien Ethernet o bien Modbus, para que la pasarela envíe datos a un sistema central
• Un software de análisis para convertir los datos en información procesable.

No es necesario emplear cables, conductos o fuentes de alimentación porque cada instrumento WirelessHART contiene una batería interna. El sistema WirelessHART puede operar de forma completamente independiente del sistema de control de la planta, por ejemplo, con una conexión a un sistema de gestión de activos o de análisis de datos. El sistema de control también puede tener acceso a los datos, si así se desea.

Cuando se trata de múltiples instrumentos inalámbricos, forman una red de malla, donde las señales de un instrumento son transmitidas por otros instrumentos, a modo de repetidores, hasta que llegan a la pasarela. Esto permite que las señales de WirelessHART sobrepasen obstáculos, cubran distancias mayores y proporcionen redundancia de red por si falla un instrumento. La red de malla también permite monitorizar equipos móviles.

MONITORIZACIÓN MÓVIL

Algunas instalaciones farmacéuticas utilizan equipos portátiles y móviles, como skids de proceso y tanques o vasijas que mueven ingredientes y materiales de una parte del proceso a otra, a menudo entre diferentes plantas. En muchos casos, los ingredientes o materiales deben ser monitorizados mientras se mueven o almacenan. Esto es particularmente importante para los artículos que se deben mantener dentro de un cierto rango de temperatura.

La monitorización de la temperatura de un skid o tanque móvil resulta muy difícil si pretendemos realizar esta tarea con instrumentación cableada, pero para el WirelessHART es una cuestión sencilla, incluso si el skid móvil se mueve a través de varias áreas o pisos de un edificio. Con la tecnología inalámbrica, si un tanque de proceso portátil se traslada a un área refrigerada, la temperatura en el tanque puede monitorizarse para garantizar que no haya desviaciones.

Por ejemplo, una empresa farmacéutica tenía skids de proceso móviles que con frecuencia se movían y necesitaban reconfigurarlos en cada nueva ubicación porque perdían la comunicación con el sistema de control mientras se reubicaba. Mediante la instalación de una red WirelessHART en un edificio con cinco pisos donde realizaban sus procesos e instrumentos Wireless en cada piso.

Debido a que la instrumentación wireless mantienen la comunicación con el sistema de control mientras se movían de un piso a otro, eliminaron las tareas de reconfiguración de los instrumentos cableados de los skids de proceso en la nueva ubicación. La instalación y puesta en marcha del sistema wireless se realizaron en menos de ocho horas, y la red ha demostrado una excelente fiabilidad en el edificio de cinco pisos, incluso con suelos de hormigón reforzado de 30 centímetros de grosor.

LIMPIEZA

Como se mencionó anteriormente, los instrumentos wireless no requieren de alimentación ni es necesario cablear la señal. Los instrumentos con cable, por otro lado, requieren de bandejas para los cables, conductos y cables que se deben lavar periódicamente cuando se instalan en entornos higiénicos.

La limpieza es especialmente crítica en salas limpias. La instrumentación WirelessHART para medir temperatura, presión y humedad elimina la necesidad de realizar perforaciones en la pared, lo que podría requerir la recertificación de la sala. Las salas limpias también pueden requerir una recertificación si una puerta se deja abierta demasiado tiempo. Se puede instalar fácilmente un dispositivo inalámbrico para controlar si una puerta de la sala limpia está abierta o cerrada.

Por ejemplo, en una sala limpia de un laboratorio en Singapur tenía que controlar de forma manual la temperatura y la humedad, de la sala, cada dos horas, y posteriormente introducir los datos en un registro a mano. Esta operación dejó de hacerse porque requería que un técnico tomara las medidas y realizara la entrada de datos. Como parte de una actualización para automatizar y modernizar el laboratorio, la compañía instaló instrumentos inalámbricos y software para realizar las mediciones y registrar los datos, eliminando así la necesidad de que los técnicos entrasen al laboratorio solo para registrar estas mediciones.

EQUIPO DE VIGILANCIA

Los sistemas de monitorización WirelessHART se pueden adaptar a la instrumentación de planta existente tales como trampas de vapor, bombas, válvulas de alivio de presión y dispositivos similares. Las áreas clave incluyen las unidades de refrigeración y sus sistemas de soporte para detectar posibles fallos, por lo que las medidas correctivas pueden proteger el producto final.

Por ejemplo, piense en las trampas de vapor. Un sistema de monitorización inalámbrico requeriría de monitores acústicos para las trampas de vapor, una pasarela y un software de análisis.

La trampa acústica de vapor se instala mediante una abrazadera en la línea de vapor, por lo que no hay necesidad de parar el proceso durante la instalación. Una vez instalado, un técnico introduce la información de la clave de conexión a la red a través del software del sistema inalámbrico, y el monitor se une automáticamente a la red inalámbrica y comienza a transmitir información a la pasarela. La instalación solo lleva unos minutos, dependiendo principalmente de lo difícil que sea acceder a la ubicación de montaje.

El monitor acústico "escucha" la línea de vapor y transmite datos a la pasarela. La información de la pasarela puede enviarse al sistema de control y monitorización de la planta para su análisis, o puede enviarse a un PC equipado con un software de monitorización de trampas de vapor. El software analiza los datos entrantes para detectar si una trampa de vapor falló al abrirse o cerrarse o si tiene fugas, y lo notifica al departamento de mantenimiento.

El sistema de monitorización automatizado elimina la necesidad de enviar técnicos a la planta para inspeccionar las trampas de vapor periódicamente, reduciendo así los costes y mejorando la seguridad de los trabajadores. Cuando ocurre un problema, el software identifica la trampa específica e informa al técnico del problema concreto.

Cuando se utilizan "aplicaciones" de análisis de las trampas de vapor basadas en la web, los datos se pueden ver en cualquier dispositivo conectado a Internet capaz de alojar un navegador como un portátil, un teléfono inteligente o una tablet.

Este sistema no requiere de una conexión con el sistema de control, histórico, base de datos, ERP o sistema CMMS de la planta, ni requiere una inversión significativa en medios informáticos, software y consultoría. En cambio, puede adquirir un sistema exclusivo de monitorización WirelessHART para trampas de vapor por una fracción del coste de un sistema tradicional, y con la ventaja que su personal de planta puede instalarlo por sí mismo. Y una vez que se instala el primer sistema WirelessHART con su pasarela y red de malla, se pueden instalar sistemas adicionales de supervisión de equipos a un coste aún más bajo porque simplemente se unirán a la red existente.

PROCESOS DE REACONDICIONAMIENTO

Los instrumentos WirelessHART también se pueden emplear en los procesos existentes para proporcionar a los sistemas de control parámetros adicionales. La instrumentación proporciona una señal compatible con HART y la pasarela hace que la información esté disponible para cualquier sistema de control.

Siempre se ha percibido un problema con la transmisión inalámbrica: "Es demasiado lenta, por lo que solo podemos usar la tecnología inalámbrica para fines de monitorización. No podemos usar la conexión inalámbrica para el control. "Esta afirmación ha podido ser cierta en el pasado, pero los desarrollos recientes están permitiendo emplear la tecnología inalámbrica para el control.

Muchas aplicaciones de monitorización y control no requieren de tiempos de actualización rápidos. Al aplicar la tecnología correctamente y establecer unos tiempos de actualización para satisfacer las necesidades de la aplicación, se puede obtener una visión adicional. Por ejemplo, una aplicación clave es el uso del sensor de temperatura inalámbrico Rosemount 648 con tecnología X-Well. Por primera vez, se puede lograr una temperatura de proceso altamente precisa sin la necesidad de un termopozo. El instrumento se conecta y utiliza las mediciones de la temperatura en la superficie de la tubería, la temperatura ambiente y las propiedades termodinámicas para conseguir mediciones precisas del proceso.

CUALQUIER COSA, EN CUALQUIER LUGAR

La tecnología inalámbrica a menudo es la mejor forma de actualizar y modernizar el sistema de instrumentación existente de una planta de fabricación farmacéutica. Los instrumentos e infraestructura inalámbrica son rentables de instalar y no presentan problemas de limpieza, como cables o perforaciones adicionales en una sala limpia. Tal sistema se puede usar para monitorizar "cualquier cosa, en cualquier lugar", ya que los instrumentos no requieren cableado, conductos o energía eléctrica y, por lo tanto, pueden instalarse en cualquier equipo, ya sea fijo o móvil.

Los recientes desarrollos en hardware y software analítico han permitido emplear sistemas de monitorización de equipos inalámbricos por una fracción del coste de una solución cableada, brindando los beneficios de la automatización a los procesos de producción, así como a las unidades de soporte.

APLICACIONES

La tecnología wireless se puede tener en cuenta para las siguientes aplicaciones:

• Monitorización: aplicaciones que aumentan la visibilidad del proceso
• Seguridad: aplicaciones que contienen características de seguridad
• Monitorización de activos esenciales: aplicaciones que proporcionan información sobre el activo en sí
• Diagnóstico: revele información adicional sobre su activo para permitir la práctica predictiva
• Remoto o difícil de alcanzar: aplicaciones que son difíciles de instrumentar con prácticas convencionales
• Eficiencia de los operadores en planta: aplicaciones que eliminan la necesidad de que un operador esté en la planta
• Energía: reduzca los costes de energía con la monitorización de las trampas de vapor en tiempo real 

SOBRE LOS AUTORES

Michalle Adkins es Directora de la consultoría de Life Science en Emerson Automation Solutions. Con más de 25 años de experiencia relacionada con la industria farmacéutica, incluidos 13 años trabajando con Merck.

Dan Carlson es solution architect en Emerson Automation Solutions. Lleva más de 15 años en Emerson, trabajando con la tecnología inalámbrica y sus aplicaciones.

Michalle Adkins, Director, Life Sciences Consulting at Emerson Automation Solutions

Dan Carlson, Solutions Architect at Emerson Process Management

Artículo publicado en la revista Pharmaceutical Manufacturing, Retrofitting Pharmaceutical Processes with WirelessHART Instrumentation

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