Instrumentación y monitoreo inalámbrico, una solución más que conveniente

A la hora de agregar mediciones en una planta existente, o de instrumentar un nuevo sitio remoto (playa de tanques, batería de producción, separador, puente de inyección, etc.), la instrumentación inalámbrica es indudablemente una alternativa a considerar. Esta tecnología se ha vuelto muy atractiva debido a una serie de ventajas importantes, tales como: ahorro de cableado, facilidad de instalación, posibilidad de uso en áreas clasificadas, etc.

Por Ing. Pablo A. Batch

instrumentación y monitoreo inalámbrico signal fire

Tecnología

La solución de SignalFire está basada en una arquitectura tipo malla o “mesh”, denominada SFRSS (SignalFire Remote Sensing System), que consiste en un concentrador comunicado con nodos o sensores remotos.  Esta tecnología confiere robustez y confiabilidad al sistema, dado que la información de un nodo puede llegar al concentrador por varios caminos, a diferencia de las soluciones punto-multipunto en donde la comunicación es por una sola vía.

Los nodos suelen alimentarse con baterías internas, y para prolongar su duración se mantienen en modo de muy bajo consumo, y en un intervalo configurable transmiten la información a la red.  Esto permite lograr una autonomía de varios años, disminuyendo los costos de mantenimiento del sistema.  En caso de que se necesite una frecuencia de refresco de la información muy alta, es posible alimentar el dispositivo de campo con un panel solar, también apto para áreas clasificadas.

SignalFire

SignalFire ofrece transmisores de campo inalámbricos para señales analógicas (4-20mA y 1-5V) y discretas, sensores de temperatura (RTD y termocuplas), pulsos (caudalímetros), presión, nivel e interfase con sensor magnetoestrictivo, dispositivos HART o MODBUS, etc.  Toda la información de los dispositivos se concentra en un Gateway, que ofrece comunicación MODBUS RTU o TCP hacia el sistema de control de la planta, PLC, RTU o radio de largo alcance.

 

Solución realmente económica

Cuando muchos usuarios han intentado implementar una solución inalámbrica como WirelessHARTTM o ISA100 pensando en los ahorros que iban a conseguir en la instalación, han llegado tristemente a la conclusión de que dichos ahorros no eran tales luego de considerar los altos costos de los dispositivos de campo (mayores a los de un transmisor convencional), del gateway, y en algunos casos de las licencias de software necesarias.

Dispositivos Signal Fire
Figura 1

Con la solución de SignalFire los ahorros realmente se notan desde la implementación del sistema, dado el precio de un dispositivo de campo inalámbrico es similar al de uno convencional con salida 4-20mA+HART, y que el costo del gateway rápidamente se justifica con los ahorros logrados en la mano de obra, el cableado y todos sus accesorios (zanjeo, cañeros, bandejas, soportes, cajas de paso, borneras, selladores, terminaciones, etc.). El software SignalFire Toolkit que permite la configuración de los dispositivos de campo y de los gateways se entrega y actualiza en forma gratuita, por lo que no representa una carga adicional en el costo de la solución completa.

Figura 2
Figura 3

Dispositivos disponibles

Dentro de la amplia gama de dispositivos de campo disponibles en la línea de productos SignalFire, podemos encontrar los siguientes:

 

Línea SENTINEL (figura 1):

  • Entradas para sensores de temperatura (RTD o Termocupla).
  • Entradas analógicas de 4-20mA o 1-5V (para dispositivos de campo “convencionales”).
  • Entradas discretas (para límites de carrera, sensores de alto/bajo nivel, presostatos, etc.).
  • Señales HART y MODBUS (para computadores de caudal, PLCs, cromatógrafos, etc.).
  • Entradas de pulsos (para caudalímetros tipo turbinas, rotativos, desplazamiento positivo).
  • Medición de nivel (e interfase) y temperatura, con sensor magnetoestrictivo.
  • Detección de apertura de tapas de tanques (tapa abierta, cerrada o trabada).
  • Aptos para Áreas Clasificadas como Clase I,
  • División 1.
  • Alcance estimado: 800 m.

Pressure Scout:

  • Medición de presión (en este caso el sensor está incorporado).
  • Apto para Áreas Clasificadas como Clase I,
  • División 1.
  • Alcance estimado: 800 m.

Totalizador con display (figura 2):

  • Entrada de pulsos de alta frecuencia, para montaje directo sobre turbinas o PD meters.
  • Display LCD incorporado para indicación local.
  • Reloj de tiempo real y almacenamiento de hasta 30 totalizados diarios.
  • Apto para Áreas Clasificadas como Clase I,División 1.

 

Módulos para largo alcance (figura 3):

  • Pueden trabajar en modo malla (mesh) o en modo estrella (star).
  • Cerramiento de aluminio apto para intemperie (NEMA 4X).
  • Versiones disponibles con (2) Entradas analógicas, (1) Termocupla, HART o MODBUS.
  • Alcance estimado: 4800 m.
  • Módulos para entradas/salidas (figura 4):
  • Para montaje en gabinete.
  • Comunicación a través de una interface MODBUS.
  • (8) Entradas analógicas de 4-20mA o 1-5V.
  • (6) Entradas discretas y (4) Salidas por relé.

Las principales características de los gateways (que podríamos llamar “radio base”) que permiten integrar toda la información al sistema son:

 

Gateway para riel DIN (figura 5):

  • Formato habitual para instalación dentro de gabinetes.
  • Interface de comunicación: MODBUS RTU (RS485).
  • Puerto RS232 para configuración y diagnóstico.
  • Conector para antena externa.
  • Apto para Áreas Clasificadas como Clase I,División 2.

Gateway “In a Stick” (figura 6):

  • Electrónica encapsulada dentro de la base de la propia antena.
  • Formato compacto para montaje en exteriores.
  • Interface de comunicación: MODBUS RTU (RS485) o MODBUS/TCP (módulo opcional).
  • Puerto RS232 para configuración y diagnóstico.
  • Apto para Áreas Clasificadas como Clase I, División 2.

 

Combinando varios de estos dispositivos también se consiguen soluciones específicas para ciertas aplicaciones, como por ejemplo el  “espejado” de señales, sistemas de shut-down remoto, controles de inyección de químicos, etc. La configuración de los dispositivos de campo se puede hacer en forma local o remota, facilitando las tareas de puesta en marcha y diagnótico.  Agregar un nuevo nodo al sistema es tan simple como asignarle su dirección y los parámetros de la red, para que el gateway lo detecte automáticamente.

Figura 4
Figura 5
Figura 6

Versatilidad

Dado que dentro de la familia de transmisores de campo de SignalFire podemos encontrar variantes con comunicación HART y MODBUS, se hace posible integrar otros dispositivos inteligentes con mucha facilidad, como: transmisores multivariables, caudalímetros másicos y ultrasónicos, computadores de caudal, cromatógrafos, analizadores, etc.

Además, los dispositivos con comunicación HART integrados a la red inalámbrica de SignalFire podrán ser configurados en forma remota con una herramienta con tecnología FDT/DTM, como por ejemplo Pactware, utilizando la misma infraestructura.  De esta manera, un usuario podrá agregar a la red un radar, caudalímetro, transmisor inteligente o cualquier otro dispositivo de campo con comunicación HART y configurarlo remotamente a través del NodeChecker de SignalFire.  Esto es, funcionalidades de WirelessHARTTM, pero sin una red WirelessHARTTM.

 

En locaciones en donde se concentran varias señales, pueden utilizarse módulos con múltiples entradas/salidas para simplificar la instalación. También se dispone de displays autónomos configurables que pueden mostrar al operador de la planta la información más importante.

 

Integración con otros sistemas

Cada sistema está compuesto por un gateway con comunicación MODBUS (RTU o TCP), y los dispositivos wireless asociados (hasta un máximo de 240 por cada gateway).  Cada dispositivo de campo debe configurarse con una dirección particular, que terminará siendo el ID de MODBUS del mismo. A su vez, el gateway también tendrá su propio ID a través del cual el sistema de la planta podrá acceder a información de la red inalámbrica. Por lo tanto, para que el sistema de la planta pueda leer un valor, sólo tiene que interrogar al esclavo correspondiente (por ejemplo, al ID del sensor de presión instalado en la bomba), y preguntar por la variable de proceso.

 

Transmisión confiable, robusta y segura

Una red de tipo mesh garantiza la transmisión de los datos entre los dispositivos de campo activos y el gateway a través de muchos caminos posibles. De esta forma, ofrece un altísimo nivel de confiabilidad dado que con cada nuevo dispositivo instalado se crea un camino para la transmisión de la información, aumentando de este modo la robustez de la red.

 

Otro mecanismo pensado para garantizar la seguridad de la solución es la posibilidad de encriptación de los datos transmitidos.  La tecnología de SignalFire permite la configuración de una clave para encriptar los datos, y garantizar que la informacion no pueda ser interceptada o modificada. Dentro de la información que los dispositivos de campo reportan al gateway hay parámetros de diagnóstico como el nivel de la batería, la calidad de la señal inalámbrica y otros valores que pueden usarse para detectar fácilmente problemas de comunicación o programar un mantenimiento preventivo.

 

Aplicaciones

Son innumerables las aplicaciones que pueden encontrarse para implementar esta tecnología, ya que puede reemplazar en muchísimos casos a la instrumentación convencional, con la ventaja de no requerir cableado. Algunas de las que podemos destacar son:

 

Petróleo y Gas:

  • Monitoreo de presiones en válvulas de cabeza de pozo
  • Cierre de emergencia remoto de pozos
  • Separadores de petróleo y gas
  • Medición de nivel e interfase en tanques de baterías
  • Puentes de inyección de agua para recuperación secundaria
  • Control de inyección de químicos
  • Detección de apertura de tapas de tanques

 

Agua y Efluentes:

  • Plantas de tratamiento
  • Medición de nivel en reservorios y diques
  • Monitoreo de eficiencia de bombas

Químicas y Petroquímicas:

  • Medición de nivel en tanques de productos intermedios y elaborados
  • Monitoreo de trampas de vapor
  • Control de presión y temperatura

Energía:

  • Medición de nivel en tanques de combustibles
  • Monitoreo de temperaturas
  • Monitoreo de compresores

 

Ing. Pablo A. Batch
Gte. Ingeniería de Aplicaciones

ESCO ARGENTINA S.A

Más información:
www.escoarg.com.ar