Un gemelo digital es una copia casi idéntica de un dispositivo físico. Sin embargo, para beneficiarse realmente de las oportunidades digitales, es deseable que la representación digital tenga más capacidades que el objeto físico. Este "avatar digital" interactúa con el mundo digital en formas que su homólogo físico no puede.
Piotr Lipnicki, Daniel Lewandowski ABB Corporate Research Kraków, Poland, piotr.lipnicki@pl.abb.com, daniel.lewandowski@pl.abb.com; Diego Pareschi ABB BV Rotterdam, Netherlands, diego.pareschi@nl.abb.com; Enrico Ragaini, Gabriele Perrone ABB S.p.A. Bergamo, Italy, enrico.ragaini@it.abb.com, gabriele.perrone@it.abb.com
La industria moderna lucha por superar muchos desafíos, tales como la excelencia operativa, una mayor eficiencia y una mayor rentabilidad. En resumen, lo que se pide es producir más con menos, con mayores beneficios y de una manera respetuosa con el medio ambiente.
Una forma de alcanzar estos objetivos es aprovechar la potencia de la digitalización. Desde un punto de vista práctico, esto podría significar crear los "gemelos digitales" adecuados. Un gemelo digital puede caracterizar se como la mezcla de datos e inteligencia que representa la disposición, el contexto y la naturaleza de un sistema físico de cualquier tipo, incluida una interfaz que ofrezca conocimiento sobre el funcionamiento pasado y presente, y permita predicciones. Sin embargo, el concepto de gemelo digital es limitado.
El reto radica en representar la versión física de una entidad en el mundo digital de una forma mucho más auténtica. Hay mucha más información disponible que solo la relacionada directamente con el dispositivo, sistema, planta o modelo. Por ejemplo, la interacción con el usuario produce y utiliza muchos tipos de información digital: mediciones en tiempo real, modelos, gráficos 3D, manuales de usuario, notas del operario e instrucciones de servicio constituyen aspectos del objeto que también pueden ser importantes. Para beneficiarse plenamente de las oportunidades digitales, se requiere una representación digital que tenga más capacidades que el objeto físico: esto es el avatar digital. El avatar digitales un objeto digital, nativo del mundo digital, que representa al objeto físico pero que puede interactuar en el mundo digital en formas en las que su homólogo físico no puede →1.
Los datos que componen un avatar digita lpueden agruparse y clasificarse como un sistema específico, por ejemplo, un tren de potencia digital.
Tren de potencia digital
Un tren de potencia digital es un conjunto de soluciones para la digitalización de, por ejemplo, los compresores que son especialmente críticos en las industrias del petróleo, el gas y la química. El concepto de tren de potencia digital abarca dispositivos, software y servicios. Las soluciones de trenes de potencia digitales aprovechan las ventajas de la conectividad y el análisis de datos en combinación con la especialización en el dominio. Cada tren de potencia físico, incluidos todos sus componentes, como accionamientos, motores, cojinetes y aplicaciones de destino, como bombas y compresores, puede enviar datos a la nube que el operario puede ver en un sencillo panel. En una etapa posterior, se pueden utilizar servicios de supervisión del estado y mantenimiento predictivo para realizar recomendaciones de soporte o reparación basadas en los niveles reales y continuos de esfuerzo y desgaste.
ORKAN
Para mantenerse a la vanguardia de la innovación digital y tecnológica, ABB desarrolla conceptos inteligentes que se verifican mediante revisiones de diseño, simulaciones avanzadas de modelos y experimentos rigurosos realizados en condiciones estrictamente controladas, especialmente en configuraciones a escala relativamente pequeña. El banco de pruebas de diagnóstico y control de compresores ORKAN es una de estas configuraciones →2.
El banco de pruebas de compresores ORKAN permite evaluar todos los tipos de conceptos relacionado scon los trenes de potencia digitales →3.
ORKAN se utiliza, por ejemplo, para evaluar la influencia de fallos eléctricos en la estabilidad del lado del proceso y desarrollar soluciones para la protección frente a estas perturbaciones. En los últimos años, el banco de pruebas se ha empleado con éxito para desarrollar y probar soluciones que lidian con perturbaciones de la red y problemas eléctricos y mecánicos. El banco de pruebas también permite explorar modos de control del proceso (tales como el control básico del proceso, el control de la presión de aspiración, el control de la presión de descarga y el control antibombeo o anti-surge) y desarrollar soluciones robustas para eventualidades operativas.
El banco de pruebas está equipado con dispositivos de ABB como accionamientos de baja tensión ACS880 y ACS850, dos motores de inducción, un controlador AC800 PEC, AC500 High Performancey los PLC (autómatas programables) AC500 CMS (sistema de supervisión del estado), un interruptorSace Emax (con registrador adicionar Raspberry Pi), y diversos sensores de flujo, presión y temperatura. La aplicación ABB Service Port permite a todos los usuarios ver, explorar y seguir todos los indicadores clave de rendimiento (KPI) para obtener el máximo rendimiento de los compresores y de los procesos afectados →4.
Caso práctico
El banco de pruebas ORKAN cuenta con los elementos básicos del gemelo digital, además de otros aspectos que comprenden el avatar digital: gestión documental, modelización, simulación, representación en 3D, modelo de datos, visualización, sincronización de modelos y análisis.
Gestión documental
El software es rastreado por Git (un sistema de control de versiones de código abierto). Se mantiene un conjunto completo de instruccionesde funcionamiento estándar y hay disponibles registros de servicios en forma de historiales de datos, historiales de eventos e informes.
Modelización
La modelización se basa en modelos de procesos analíticos y modelos dinámicos eléctricos y mecánicos del sistema de compresión. Para verificar la precisión de la modelización, se utilizaron campañas de simulaciones y mediciones. La optimización se centra en el control de procesos y utiliza el control antibombeo MPC (control predictivo basado en modelo) para los sistemas de compresión, incluida la funcionalidad T2S (tiempo hasta el bombeo). La parte de diagnóstico se basa en algoritmos y análisis que manejan tanto la maquinaria rotativa como el proceso. Los diagnósticos se implementan a distintos niveles (desde el sensor y el dispositivo de supervisión hasta la pasarela y la nube). La modelización se centra tanto en la supervisión del estado como en la gestión energética y de procesos.
Simulaciones
La parte de simulaciones consta de dos elementos principales: simulación del diseño y simulación del rendimiento del sistema del compresor. La primera utiliza modelos de simulación detallados que admiten cambios de punto de consigna, perturbaciones, modos de fallo y ruido. Esto último permite simular y evaluar la optimización del rendimiento de los sistemas de compresión (reparto de carga, funcionamiento en serie,funcionamiento antibombeo, etc.) durante el funcionamiento normal o durante distintos fallos. A continuación, las simulaciones se verifican mediante un experimento.
Representación en 3D
La representación en 3D se basa en planos de diseño de ABB y componentes de terceros.
Modelo de datos
El modelo de datos utiliza datos de ingeniería sobre sensores, equipos de medición y control y otros dispositivos hasta llegar a la pasarela y la nube. El modelo de datos está diseñado para cumplir diferentes tareas: control, procesamiento, diagnóstico y supervisión del estado y análisis. Los datos de producción utilizados son detalles sobre las características del gas producido (flujo,presión, etc.). La entrada de datos operativos se refiere a la disponibilidad, el rendimiento, la calidad, la efectividad global de los equipos (OEE), etc. Los datos de servicio utilizados se obtienen de diversas fuentes, tales como: ServicePort, Java Apps, Emax,el AC500 CMS, el distribuidor de baja tensión de ABB, etc. →5, 6.
05. Vista 1 de la plataforma del Sistema de Contorl de la Distribución Eléctrica ABB Ability. 
06. Vista 2 de la plataforma del Sistema de Contorl de la Distribución Eléctrica ABB Ability.
Visualización
La visualización digital se presenta en forma de gráficos, características y datos de series temporales generados por las simulaciones. La pantalla de estado del funcionamiento procede del flujo de datos en tiempo real (desde la estación de trabajo) y tiene un formato similar. El estado de la salud se muestra en forma de alarmas y notificaciones (en la aplicación local, pasarela o nube).
Sincronización de modelos
La sincronización de los datos de simulación digital con las mediciones reales está basada en la evaluación en tiempo real en términos de control, proceso, diagnóstico y monitorización.
Análisis
Los análisis se centran en la verificación de algoritmos basada en modelos, simulaciones y mediciones.Los análisis generan un conjunto de KPI: los KPI operativos se basan en los datos de proceso, eléctricos, mecánicos y de control; los KPI de salud de los activos utilizan KPI de servicio/diagnóstico detallados -procesos, eléctricos, mecánicos y de control - implementados en el nuevo canal Service Port del Analizador de Equipos Rotativos.Todos los puntos anteriores pueden incluirse en una plataforma en la nube conectada a ORKAN, por ejemplo, el Sistema de Control de la Distribución Eléctrica, que es una plataforma de computación en la nube diseñada para monitorizar, optimizar y controlar los sistemas eléctricos. Como parte de la oferta ABB Ability™, el Sistema de Control de la Distribución Eléctrica está basado en una arquitectura de vanguardia en la nube para la recogida, el tratamiento y el almacenamiento de los datos.
Esta arquitectura en la nube ha sido desarrollada enunión con Microsoft para reforzar sus prestaciones y garantizar la mayor fiabilidad y seguridad.
El avatar digital abre nuevos campos
Los gemelos digitales están limitados porqueson "meramente" la representación digital de un objeto y de su rendimiento en tiempo real. Por elcontrario, el avatar digital, según se describe en el ejemplo del banco ORKAN, es un concepto más amplio. Los avatares digitales deberían poder interactuar como hacen los gemelos digitales, pero también de formas mejoradas y con un conjunto mucho más amplio de circunstancias y colaboradores digitales. En principio, la idea es poner a disposición de los algoritmos analíticos del avatar digital la máxima información posible y el máximo número de entidades.
Se ha utilizado el banco ORKAN para ilustrar el tren de potencia digital de un compresor de gas y petróleo. Sin embargo, este entorno de pruebas único utiliza tantos productos y tecnologías de ABB que puede tratarse como una instalación general de pruebas de digitalización de ABB.
El concepto de avatar digital abre muchos campos para obtener más información práctica, análisis y una toma de decisiones informada, y muestra el camino a seguir para que la industria moderna pueda lograr los objetivos cada vez más exigentes que le esperan.
