VENTAJAS OPERATIVAS EN INSTRUMENTACIÓN DE CAMPO CON COMUNICACIÓN INALÁMBRICA

La línea de productos de la representada SignalFire (EE.UU.) permite implementar un sistema de instrumentación wireless y lograr ahorros importantes desde el momento de su instalación. Además, mediante algunos de sus dispositivos ofrece ventajas de mantenimiento incluso en sistemas de cableados existentes. Por Ing. Pablo A. Batch*

Los costos se reducen tanto en materiales (cables, cajas de paso, barreras de seguridad intrínseca, módulos de entradas en el sistema de control, borneras, canalizaciones, etc.) como en mano de obra (tendido de cañerías y caños y cables, soportería, conexionado, etc.).

Este es el caso del nuevo LinkScout, que permite acceder en forma inalámbrica a los dispositivos HART® de la planta, para el monitoreo en tiempo real de sus principales variables, y para su configuración o diagnóstico en forma remota usando cualquier software con tecnología FDT/DTM, como Pactware.

Operación

Este nuevo dispositivo de campo desarrollado por SignalFire se conecta en paralelo con un dispositivo HART® instalado y cableado en planta, por lo que puede instalarse sin afectar el funcionamiento del mismo. A intervalos configurables por el usuario (por ejemplo, cada 5 minutos), el LinkScout envía al dispositivo esclavo un comando HART® para leer las cuatro variables principales (PV, SV, TV y QV), y transmite los valores hacia el gateway en forma inalámbrica.

Dispositivo Linkscout

La información accesible en estas variables depende obviamente de cada dispositivo de campo HART®, e incluso en muchos casos el fabricante permite configurar qué valores pueden ser leídos, mientras que en otros dicha asignación es fija. De este modo, estos valores adicionales estarán disponibles como variables MODBUS para el sistema de control en el puerto de comunicación del gateway, apuntando a la dirección de esclavo MODBUS del LinkScout correspondiente.

Además estarán disponibles otras variables HART®, como el ID del fabricante y el ID del dispositivo, lo que permitirá por ejemplo detectar un cambio en el dispositivo de campo. Como todos los nodos del sistema wireless de SignalFire, también reportará en cada transmisión valores de diagnóstico sobre la calidad de la señal y el estado de la batería, que servirán para poder programar el mantenimiento de los mismos.

Posicionador Inteligente

Instalación

Como la alimentación está dada por una batería interna de gran duración, no hace falta abrir el lazo de 4-20mA del dispositivo existente para su conexionado (como requieren otros adaptadores similares que toman alimentación del lazo).

El agregado del LinkScout sobre el dispositivo HART® es muy simple dado que en la parte inferior cuenta con una rosca de ½” NPT Macho, compatible con la gran mayoría de las conexiones eléctricas de los transmisores y posicionadores. Por lo tanto, puede roscarse directamente sobre el cabezal del equipo existente, o bien a través de un codo o una caja de paso para asegurar su posición vertical. Para facilitar el conexionado eléctrico, cuenta con un tramo de cable incorporado. Habiendo línea de visión directa con la antena del gateway, el LinkScout puede instalarse a una distancia de hasta 800 m.

Flowserve

Programación

Como todos los dispositivos de la línea de SignalFire, la configuración del LinkScout se realiza con el software Toolkit, que puede descargarse y luego actualizarse en forma gratuita desde internet.

Dentro de los parámetros que el usuario deberá configurar se encuentran por ejemplo la dirección de esclavo MODBUS que adoptará para que el sistema pueda leer todos los valores, los datos de la red a la que se conectará, y el uso de encriptación, ya que la tecnología empleada permite codificar todos los mensajes con un mecanismo AES-128, haciendo que la red sea virtualmente inviolable.

Una vez instalado en la planta en su posición definitiva, cualquier otro cambio de programación que sea necesario puede hacerse en forma remota, utilizando la red inalámbrica, por lo que ya no hará falta acceder físicamente a la ubicación del LinkScout.

Linkscout

Aplicaciones

Sin lugar a dudas, hay muchas aplicaciones en las que puede emplearse el LinkScout para que el sistema de control tenga acceso a más información del proceso aprovechando los equipos ya instalados, y al mismo para que el personal de mantenimiento pueda configurar o diagnosticar dispositivos HART® en forma remota. Se detallan a continuación solo algunas de estas aplicaciones.

Diagnóstico de válvulas con posicionadores inteligentes

Cada vez es más frecuente y requerido el uso de posicionadores digitales inteligentes sobre las válvulas de control de la planta, especialmente en aquellas que se consideran más críticas o importantes por cuestiones de seguridad o impacto en el proceso.

El uso de estos dispositivos ofrece al usuario, especialmente al personal de mantenimiento de la planta, el acceso a información útil para poder implementar estrategias de mantenimiento predictivo, como: millaje o recorrido de la válvula, presión de aire de suministro, presión de salida al actuador, temperatura de trabajo, posición real de la válvula, etc.

Toda esta información puede accederse haciendo uso del protocolo de comunicación HART®, mediante una herramienta de mano (hand-held), computadora portátil con un software apropiado, o desde el sistema de control en caso de que sus tarjetas de salidas analógicas tengan esta capacidad de comunicación digital.

Cierto es también que en la gran mayoría de los casos, el sistema de control de la planta se limita a enviar al posicionador la señal analógica de 4-20mA para mover la válvula, y toda la información de diagnóstico queda desaprovechada.

En estos casos es donde el LinkScout se convierte en la solución ideal para aumentar la confiabilidad de la planta y facilitar el mantenimiento de las válvulas, ya que se puede incorporar en cada posicionador, para poder transmitir la información adicional en forma  inalámbrica hacia el sistema de la planta, permitiendo realmente aprovechar la inversión realizada al elegir un posicionador inteligente sobre un simple posicionador sin ninguna capacidad de diagnósticos.

Transmisor Magnetoestrictivo

Gracias a estos datos adicionales, el sistema de control podría por ejemplo dar una alarma en caso de baja presión de aire de suministro a la válvula, o cuando detecte una diferencia importante entre la posición deseada y la real, síntoma de que tal vez la válvula esté trabada o la presión hacia el actuador no sea suficiente.

Una vez detectada alguna condición anormal o bien como procedimiento de rutina, el personal de la planta o incluso del fabricante de la válvula o del posicionador, podrá conectarse con el posicionador en forma remota usando la red wireless de SignalFire, y acceder a todos los diagnósticos disponibles por HART® desde cualquier herramienta que soporte tecnología FDT/DTM mediante el túnel de comunicación creado por el LinkScout (obviamente, siempre que el posicionador soporte esta tecnología suministrando el DTM apropiado).

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Lectura de valores adicionales

Muchos dispositivos de campo que disponen de comunicación HART® pueden ofrecer sobre la misma, valores de proceso adicionales o información de diagnóstico. En la mayoría de los casos solo una de estas variables llega al sistema de control en forma cableada como señal de 4-20mA, y las demás no se aprovechan, ya que también es muy poco frecuente el uso de tarjetas de entradas/salidas con comunicación HART® en el PLC o controlador de la planta.

Un ejemplo típico son los caudalímetros másicos coriolis, que pueden indicar el valor del caudal másico, caudal volumétrico, densidad y temperatura. Agregar un LinkScout en paralelo sobre los terminales de conexionado del caudalímetro hace posible que todas las variables estén disponibles para el sistema de control, como valores Modbus en el puerto de comunicación del gateway.

También podría utilizarse el LinkScout para aprovechar todas las mediciones de un transmisor multivariable. Estos transmisores son instalados generalmente sobre un elemento primario (placa orificio, tubo pitot, cono, venturi, etc.) para medir caudal, y son capaces de medir al mismo tiempo presión diferencial, presión estática y temperatura, y en base a esos valores calcula el caudal másico o en condiciones estándar de gas o vapor.

Dado que en principio al sistema de control llega solo una señal de 4-20mA correspondiente al caudal medido, utilizando un LinkScout puede ser posible la lectura del resto de las variables por HART® (dependiendo de la flexibilidad que tenga el transmisor multivariable para asignar las variables PV, SV, TV y QV a diferentes valores).

Otro caso similar es el de algunos transmisores de nivel magnetoestrictivos, que pueden ofrecer la medición de nivel total, nivel de la interfase y temperatura del fluido en el mismo dispositivo. Dado que el sistema de control tomará una sola señal de 4-20mA, el resto de la información podrá estar disponible en el sistema aprovechando el LinkScout de SignalFire.

Comunicación Hart

Capacidad multi-drop. Ahorro de cableado y entradas analógicas convencionales

El LinkScout puede ser utilizado incluso aprovechando la capacidad de conexionado multi-drop con HART®, en la cual varios dispositivos se conectan en paralelo con direcciones HART® diferentes, ya que puede interrogar hasta 4 dispositivos al mismo tiempo.

Esto puede generar un importante ahorro en algunas instalaciones en las que varios dispositivos están próximos, como varias mediciones en un tanque o en un reactor, ya que con el tendido de un solo par de cables para la alimentación, el sistema de control podrá acceder a un total de 16 valores (4 variables x 4 dispositivos), sin siquiera ocupar una entrada analógica de 4-20mA. Todos los valores estarán disponibles como variables MODBUS en el puerto de comunicación del gateway.

Utilizando un LinkScout con cuatro dispositivos HART® en multi-drop, será posible conseguir un ahorro de hasta 75% en los costos de instalación (cables, borneras, espacio en gabinete, entradas analógicas en el sistema, etc.), y obtener mucha más información de los mismos dispositivos.

Al dimensionar el sistema de alimentación en estos casos deben recordarse dos aspectos importantes. En primer término, que la comunicación HART® requiere de una resistencia en el lazo de unos 250 Ohm.  Además, para aplicaciones en modo multi-drop cada transmisor con dirección HART® diferente de cero estará generando una corriente de salida de 4 mA constante (no dependerá de la medición).

Por lo tanto, si conectamos 4 dispositivos en paralelo, la corriente total será de 16 mA, y con una carga de al menos 250 Ohm implica una caída de tensión en la resistencia de 4 V. Si la fuente que utilizamos es de 24 V, luego de la resistencia quedarán aproximadamente 20 V disponibles para alimentar a los transmisores de campo.

Gateway

Comunicación HART inalámbrica

Además de permitir el acceso a las variables principales de los dispositivos con HART® para transmitirlas al sistema de control como valores MODBUS, otra funcionalidad clave del LinkScout es que permite establecer una comunicación completa y transparente desde un software con tecnología FDT/DTM, ya que desde el SignalFire Toolkit se genera un puerto virtual que luego pueden usar programas como el Pactware, FieldCare, AssetView FDT, etc.

Así, el personal de la planta podrá acceder a la configuración y diagnóstico de todos los equipos con el LinkScout (o con el Sentinel-HART, que además alimenta al dispositivo de campo), desde la comodidad de su puesto de trabajo, sin necesidad de desplazarse con una computadora portátil o un hand-held hasta el sitio, lo que permitirá grandes ahorros en tiempos de traslado, generación de permisos de trabajo especiales, etc.

En condiciones excepcionales, este acceso a la información también podría hacerse desde fuera de la planta en sí, dado que el gateway SignalFire se conecta a la red de la empresa, y podría estar accesible mediante una conexión VPN desde el exterior.

Configuración Local

Integración con el sistema de planta

Un sistema wireless de SignalFire está compuesto por un gateway con comunicación MODBUS (RTU o TCP), y los dispositivos 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 LinkScout conectado a un posicionador inteligente o a un radar),y consultar por las variables disponibles.

*Gerente Ingeniería de Aplicaciones, Esco Argentina S.A.

Más información: www.escoarg.com.ar