Monitoreo de producción sin PLC, cómo medir OEE en cualquier máquina

"Queremos medir el OEE pero nuestras máquinas no tienen PLC". Esa frase frena a muchas plantas antes de empezar. El PLC es la computadora que controla la máquina, y la mayoría del equipo industrial que está trabajando hoy no tiene forma de conectarse con nada. Un estudio del Censo Económico 2019 de INEGI encontró que solo el 29.5% de los establecimientos manufactureros con 11-50 empleados usaban algún tipo de software de gestión de producción [1]. El resto trabaja con hojas de papel, pizarrones y la memoria del supervisor.

La falta de PLC no te impide medir. Solo cambia la forma de hacerlo.

El problema con el enfoque tradicional

La ruta convencional para medir OEE tiene tres pasos.

1. Instalar un software MES (Manufacturing Execution System), el sistema que administra la producción en el piso
2. Conectarlo a los PLC de cada máquina con OPC-UA, Modbus o Ethernet/IP
3. Leer los registros del PLC para sacar el estado de la máquina, el conteo de piezas y los datos del proceso

Esto funciona cuando tienes PLC modernos con puertos de comunicación. Falla en cuatro casos.

• No hay PLC. Muchas máquinas trabajan con lógica de relevadores, contactores y timers. No hay controlador digital que consultar.
• El PLC es viejo. Un Allen-Bradley PLC-5 de 1992 o un Siemens S5 tienen puertos propios (DH+, MPI) que necesitan un equipo traductor. Ese traductor cuesta de $2,000 a $8,000 USD por máquina.
• El protocolo es propietario. Cada marca de PLC habla su propio idioma. Una planta con 10 marcas diferentes necesita 10 integraciones diferentes.
• Nadie quiere tocar el PLC. Cambiar el programa de un PLC en producción mete riesgo. Si el programador original ya no trabaja ahí y la documentación se perdió, nadie quiere ser el que "le mueva".

El resultado es un proyecto de MES que debía tomar 3 meses y se convierte en 12. Cuesta 3 veces lo presupuestado. Al final solo conecta las 5 máquinas nuevas, mientras las otras 30 siguen sin monitoreo.

La alternativa son los sensores independientes

En vez de leer datos del PLC, puedes medir el comportamiento de la máquina desde afuera con sensores industriales estándar. No tocas el control, no abres el programa del PLC y no te conectas a la red industrial.

¿Qué sensores se usan?

Tipo de sensor	Qué detecta	Cómo se instala	Costo típico
Sensor de proximidad	Movimiento cíclico (cigüeñal, ram, banda)	Con un soporte, cerca de una parte móvil	$30-$150 USD
Sensor fotoeléctrico	Piezas pasando por un punto	En la salida de la máquina o en la banda	$50-$300 USD
Transformador de corriente (CT)	Corriente eléctrica del motor	Pinza alrededor del cable de alimentación, sin desconectar	$15-$80 USD
Sensor de vibración	Vibración de la estructura	Con imán sobre el bastidor o el motor	$100-$500 USD

Son sensores industriales de toda la vida, tecnología madura que lleva décadas en uso. La diferencia está en que los conectas a un dispositivo de monitoreo independiente en vez de al PLC, y ese dispositivo manda los datos directo a una plataforma en la nube.

Cómo se calculan los tres factores del OEE

Disponibilidad. ¿La máquina está corriendo o parada?

Cualquiera de los sensores anteriores te dice si la máquina trabaja o no.

• Un sensor de proximidad en una parte móvil genera pulsos cuando la máquina trabaja. Si los pulsos se detienen, la máquina está parada.
• Un transformador de corriente en el cable del motor detecta el consumo eléctrico. Corriente por arriba de un límite significa motor encendido. Corriente en cero o en espera significa máquina parada.
• Un sensor de vibración detecta el patrón de vibración de la operación. Sin vibración, la máquina está detenida.

El sistema guarda cada arranque y cada paro con su hora exacta. Al final del turno la cuenta sale sola.

Disponibilidad = Tiempo con máquina corriendo / Tiempo programado

La ventaja sobre el registro manual está en que captura cada paro, incluidos los de 30 segundos que ningún operador anota. Esos paros cortos (microparos) son la pérdida invisible que más baja el OEE [2].

Rendimiento. ¿A qué velocidad produce?

Un sensor de conteo (de proximidad o fotoeléctrico) en la salida de la máquina cuenta cada pieza producida. Comparas el conteo real contra la velocidad teórica.

Rendimiento = Piezas producidas / Piezas posibles en el tiempo de operación

Si tu máquina puede producir 120 piezas por hora y en 6 horas de operación produjo 620 piezas, la cuenta queda así.

Rendimiento = 620 / (120 x 6) = 620 / 720 = 86.1%

Las 100 piezas faltantes son microparos y velocidad reducida que el sensor capturó por su cuenta.

Calidad. ¿Cuántas piezas salen bien?

La Calidad es el factor más difícil de automatizar sin PLC, porque detectar defectos casi siempre necesita inspección. Hay tres opciones.

1. Entrada manual (la más común): el operador registra las piezas rechazadas al final del turno en una pantalla o una tablet. El sistema ya tiene el conteo total del sensor, así que solo le falta el número de rechazos.

Calidad = (Piezas totales - Rechazos) / Piezas totales

2. Sensor de rechazo dedicado: un fotoeléctrico en la rampa o en el contenedor de rechazo cuenta las piezas malas por su cuenta. Funciona bien en líneas que ya expulsan la pieza mala de forma automática (empaques, embotellado, inyección con inspección visual).

3. Integración con sistema de inspección: si ya tienes un sistema de visión o una báscula de verificación aparte del PLC, sus datos de rechazo se pueden pasar al sistema con una conexión de software (API).

Para la mayoría de las plantas que empiezan, la opción 1 es suficiente. Medir Disponibilidad y Rendimiento con sensores y capturar Calidad a mano ya te entrega el 80% del valor.

Ventajas de no depender del PLC

Sin riesgo de ciberseguridad

Los sensores y el dispositivo de monitoreo trabajan en una red aparte de la red del PLC. No hay conexión TCP/IP al controlador, no hay sesión OPC-UA, no hay consulta Modbus. El PLC ni se entera de que el sistema de monitoreo existe.

Así desaparece el punto de entrada que preocupa a los equipos de sistemas y de automatización. No tienes que segmentar VLAN, configurar firewalls industriales ni cumplir con la norma ISA/IEC 62443 para el sistema de monitoreo [3].

Funciona en cualquier máquina

Un transformador de corriente en el cable de un motor funciona igual en un torno de 1990 que en una CNC de 2024. La física de la medición no depende de la marca, el modelo ni la antigüedad del equipo.

Esto pesa mucho en plantas con equipo mezclado. Tres máquinas nuevas con Siemens, cinco viejas con Allen-Bradley y ocho sin PLC. Con sensores independientes, las 16 aparecen en la misma pantalla y con el mismo nivel de detalle.

Instalación sin paro de producción

Los sensores externos se montan con la máquina corriendo o durante un cambio de turno. No hay que abrir el panel eléctrico (solo para los transformadores de corriente), no hay que reprogramar nada y no hay riesgo de afectar la operación.

Si decides quitar los sensores, la máquina queda exactamente como estaba antes. Todo es reversible.

Costo predecible

Concepto	Integración PLC/MES	Sensores independientes
Hardware por máquina	$2,000-$8,000 USD (traductor)	$50-$300 USD (sensores)
Software	Licencia más mantenimiento anual	Renta mensual
Integración	$1,000-$5,000 USD por PLC	Incluida
Tiempo de implementación	1-2 semanas por máquina	1-2 horas por máquina
Personal requerido	Integrador más programador de PLC	Técnico de mantenimiento

Una planta puede instrumentar 20 máquinas con sensores por lo que cuesta integrar 2 o 3 PLC con un MES tradicional.

¿Cuándo sí necesitas conectarte al PLC?

Los sensores independientes cubren la mayoría de los casos. Hay cuatro situaciones donde el PLC da algo que los sensores no alcanzan.

Datos de receta o producto. Si corres varios productos en la misma máquina y la velocidad teórica cambia con cada uno, el PLC sabe cuál está corriendo. Sin ese dato, el cálculo de Rendimiento pierde precisión. (Otra salida es que el operador escoja el producto en una pantalla.)

Parámetros de proceso detallados. Presión de inyección, temperatura de molde, torque de apriete. Esos valores viven en la memoria del PLC. Si quieres hacer control estadístico de proceso (SPC) sobre ellos, necesitas entrar al PLC.

Calidad automática desde el PLC. Si tu máquina ya trae inspección integrada (galgas en CNC, monitoreo de presión de cavidad en inyección), sacar los datos de rechazo del PLC te ahorra la captura manual.

Control remoto. Los sensores de monitoreo solo leen. Si necesitas mandarle órdenes a la máquina (ajustar velocidad, cambiar valores de ajuste), eso ya es escribir en el PLC.

El enfoque híbrido

Esto es lo que funciona en la mayoría de las plantas.

• Sensores independientes para el 80% de las máquinas. Las viejas, las sencillas y aquellas donde conectarse al PLC sale demasiado caro.
• Integración con PLC para el 20% restante. Las críticas, las modernas y las que tienen muchos datos de proceso que sí aportan valor.
• Los dos alimentan el mismo sistema. La pantalla muestra el OEE de toda la planta sin importar cómo se capturó el dato de cada máquina.

Así ves la planta completa en semanas en vez de años. Y la información de OEE empieza a servirte desde el primer día.

Referencias

[1] Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI). Censos Económicos 2019: Resultados definitivos. INEGI, México, 2020. Disponible en: https://www.inegi.org.mx/programas/ce/2019/

[2] P. Muchiri and L. Pintelon, "Performance measurement using overall equipment effectiveness (OEE): Literature review and practical application discussion," International Journal of Production Research, vol. 46, no. 13, pp. 3517-3535, 2008.

[3] ISA/IEC 62443. Industrial Automation and Control Systems Security. International Society of Automation, 2018.

[4] ISO 22400-2:2014. Automation systems and integration. Key performance indicators (KPIs) for manufacturing operations management. Part 2: Definitions and descriptions. International Organization for Standardization.