Sensórica inteligente: funciones, características y casos de uso

Entendemos por instrumentación inteligente, o sensórica inteligente, aquélla que puede desarrollar funciones adicionales a la función principal de un instrumento que no es más que la medida analógica de una variable de proceso (temperatura, nivel, caudal, presión…). La incorporación de inteligencia digital desde este elemento, el más cercano al propio proceso y todas las nuevas capacidades y versiones de comunicación inalámbrica, hacen que el instrumento sea la clave donde buscar los nuevos y ansiados ‘casos de uso’.

PREGUNTAS

1. ¿Qué funciones adicionales incorpora un instrumento inteligente sobre uno tradicional?

2. ¿Qué importancia cobran las nuevas formas de comunicación inalámbrica para este tipo de dispositivos?

3. ¿Son las redes 5G adecuadas para recoger señales directamente del instrumento? ¿Cuáles son las alternativas?

4. ¿Qué características son relevantes en un instrumento inteligente para la industria pesada y que los diferencian de otros instrumentos o sensores en otros ámbitos (edificios, ciudades, vehículos, transporte, agricultura…)?

5. ¿Qué nuevos ‘casos de uso’ habilitan este tipo de sensores sobre los tradicionales? ¿Nos puede describir brevemente algún ejemplo real?

Marta Coto Sauras, Wireless Solutions Business Development Manager en Emerson.

 1. Los instrumentos inteligentes se diferencian de los tradicionales (solo analógicos) que, además de proporcionar una señal analógica también proporcionan una señal digital (p-ej. Protocolo HART), o exclusivamente digital (WirelessHART, Foundation Fieldbus, Profibus, Ethernet/IP etc.), que facilita funciones de configuración y calibración, proporciona autodiagnósticos, diagnósticos de procesos, pueden realizar cálculos, correcciones y compensaciones de determinadas variables además de información valiosa sobre el instrumento y su entorno a través de diagnósticos de instalación. En la actualidad, ya casi todos los instrumentos que se demandan son inteligentes. Los sensores inteligentes con capacidad de diagnósticos permiten:

• Implementar un mantenimiento predictivo sobre la base instalada de Instrumentación.

• Detectar de forma temprana fallos en las electrónicas, integridad de los sensores, instalación eléctrica o mecánica, así como cambios en los procesos. Cualquiera de estos fallos puede tener un impacto negativo en la seguridad, disponibilidad y fiabilidad de la planta.

• Incrementar la disponibilidad y fiabilidad de las medidas.

• Extender los intervalos de calibración o mantenimiento.

• Disponer de una trazabilidad de las inspecciones y auditorias conforme a los estándares y requerimientos legales.

• Incrementar la seguridad en planta al reducir el impacto del fallo de un equipo y reducir la presencia de operarios en campo al poder acceder a notificaciones de problema en el equipo.

2. Los nuevos protocolos inalámbricos (como WirelessHART o ISA100) permiten transmitir la variables o variables de procesos y diagnósticos de los instrumentos a través de las redes Wireless industriales. Además, ofrecen flexibilidad para conectar la información a entornos diferentes desde el DCS a entornos de mantenimiento y hacerlo de forma segura, sencilla y rentable, con ahorros en costes y tiempo en la instalación y puesta en marcha, al no requerirse infraestructura cableada.

3. Las redes 5G son la última generación de redes celulares inalámbricas que aportan mayor rapidez y fiabilidad que la anterior generación 4G y es muy apropiada para todas las aplicaciones que se ejecutan desde un teléfono móvil, tabletas, gafas de RV, etc; sin embargo, para los instrumentos dentro de la industria de procesos, aunque hay algunos desarrollos en algunos fabricantes, en nuestro caso la preferencia es seguir con protocolos como WirelessHART por las siguientes razones:

• Las redes de sensores inalámbricos para su uso industrial se han optimizado para garantizar una duración de la batería de hasta 10 años sin necesidad de recarga.

• Las redes de sensores inalámbricas industriales son totalmente independientes, otorgan libertad al usuario y no tienen costes asociados a suscripción a compañías telefónicas.

Por eso no creemos que el 5G vaya a sustituir a WirelessHART en las redes de sensores industriales, sin embargo, sí vemos una conexión entre ambos para llevar los datos allí donde se necesiten.

Las tecnologías de comunicación celular como el 5G puede coexistir con protocolos industriales como WirelessHART y resolver casos prácticos como:

• Data Backhaul o retorno de datos de sensores remotos a los sistemas de control.

• Conexión de datos con la nube.

• Habilitar aplicaciones como operadores móviles, cámaras, tablets…

4. Si por industria pesada entendemos la industria de procesos, química, refino, gas, petróleo, generación eléctrica, etc., las características más relevantes, a parte de tener que soportar ambientes severos y, en muchos casos peligrosos y explosivos, son los diagnósticos tanto propios como del entorno para asegurar la mayor disponibilidad de la medida y, por lo tanto, de la planta. La precisión y fiabilidad en la medida también es importante para aumentar la productividad y la seguridad de la planta.

5. Existen multitud de instrumentos inteligentes con funcionalidades que no podemos encontrar en equipos tradicionales y que aumentan la disponibilidad y seguridad de la planta. Dentro de la información que pueden proporcionar los instrumentos inteligentes, podemos diferenciar diagnósticos en tres categorías: diagnósticos de proceso, autoverificación o instalación. Los diagnósticos de proceso permiten identificar problemas en el proceso antes de que éstos afecten a las operaciones o seguridad:

• Usan tecnologías, como el tratamiento estadístico del ruido de proceso para detectar condiciones anormales o cambios en el comportamiento del proceso.

• Un ejemplo en el transmisor de presión diferencial Smart 3051S sería la detección de líneas de impulsión obstruidas mediante análisis estadístico de la variable.

Otro ejemplo serían los diagnósticos de instalación o aquellos que permiten detectar problemas en la instalación ya sea mecánica, eléctrica, o tierras.

• El diagnóstico Power Advisor, disponible en los instrumentos inteligentes, habilita la capacidad de monitorizar cuando se produce ingreso de agua en los bloques de terminales, hay problemas en los cableados o tierras o bien se ha producido corrosión en los terminales del transmisor.

• El Integrity Loop Diagnostic permite detectar problemas en el lazo de comunicación del instrumento con el sistema.

Los diagnósticos de autoverificación de los equipos permiten el funcionamiento del equipo a su mayor potencial obteniendo alertas o mensajes en caso de desviaciones. Un ejemplo de diagnóstico autoverificación de los instrumentos inteligentes es el Smart Meter Verification disponible en caudalímetros magnéticos y Coriolis. Mediante la verificación de la estructura del sensor y detección de problemas en los tubos por efecto de la corrosión o erosión, confirmar la integridad del equipo, evita o pospone la calibración y asegura la fiabilidad de la medida.

Este diagnóstico permite aumentar la disponibilidad de los instrumentos comparativamente con tecnologías sin dicha capacidad, al evitar tener que desmontarlos de la línea para comprobar su estado de salud. En el caso particular de Coriolis y Smart Meter Verification, también permiten extender los intervalos entre calibraciones húmedas cuando dichos coriolis forman parte de una función de seguridad.

Lorena Fernández Álvarez, Sales&marketing manager de Telemecanique Sensors para Iberia (Schneider Electric) .

1. Un sensor o instrumento inteligente, además de proporcionarnos información esencial como la detección de presencia o la medida de un valor, debe ser sencillo de configurar y capaz de comunicarse de manera rápida, fácil y exacta con el gestor del proceso, incluyendo toda la información relevante a la transición de ese momento. Hoy en día, según va avanzando el IIoT (Industrial Internet of Things), se han incorporado nuevas funcionalidades en los sensores que los hacen cada vez más inteligentes y necesarios. Las funcionalidades más interesantes están en las comunicaciones y, entre ellas, destacaría la comunicación inalámbrica, donde, a través de ondas electromagnéticas, se transmiten las señales de conmutación y los valores de proceso de los sensores analógicos.

2. Cobran una importancia cada vez mayor. Al evitar cableados, podemos añadir más sensores en zonas estratégicas de nuestra instalación sin ser invasivos y captar así más información de nuestro proceso como, por ejemplo, la medida de presión, corriente, velocidad, distancias, etc. Además, la gestión de dicha información se puede hacer de manera remota a través de aplicaciones móviles que nos permiten interactuar con la instalación sin necesidad de estar cerca. Por lo tanto, podemos estar informados en todo momento de cualquier inconveniente que pueda surgir y tomar decisiones de manera más rápida. En resumen, yo diría que la comunicación inalámbrica ayuda a ser más eficiente en un entorno cada vez más digital.

3. Las redes 5G son muy adecuadas para las comunicaciones inalámbricas en la Industria 4.0, ya que aportan más rapidez (son entre 10 y 20 veces más rápidas) y esto permite abrir aplicaciones y websites en un dispositivo móvil con la misma velocidad que en los dispositivos conectados. Pero lo más importante es la disminución de la latencia. La latencia es el tiempo que tarda en transferirse un paquete de datos dentro de la red, el tiempo que dura en llegar una acción desde que la realizas hasta que se consuma. El 5G tiene una latencia de entre 1 y 2 milisegundos, esto quiere decir que las interacciones con Internet o la nube son casi instantáneas. Los expertos dicen que el 4G sirvió para conectar personas entre ellas, y el 5G es un nuevo salto que permite conectar personas con todo lo que nos rodea.

4. En un entorno industrial, las condiciones de uso que predominan son muy duras, ya que para la realización del trabajo se utilizan maquinaria y herramientas para la transformación de materia prima en productos que serán utilizados en diferentes sectores. Por lo tanto, las características más relevantes que debe tener un sensor inteligente en la industria pesada son la fácil integración en el ecosistema, la precisión, la robustez (en muchos casos estos dispositivos deben afrontar condiciones de suciedad, trabajo intensivo y temperaturas severas) y las comunicaciones. Hoy en día, un sensor robusto y comunicado significa un proceso más fiable y productivo. En ámbitos donde la interactuación humana es menor y el ambiente de trabajo es más limpio, la robustez del sensor no tiene tanta relevancia, no obstante, si queremos una buena gestión y control, siempre es recomendable usar dispositivos robustos, ya que aumentas la vida de la instalación y previenes posibles inconvenientes futuros.

5. Con las nuevas tecnologías inalámbricas se abren muchas oportunidades de automatizar instalaciones y máquinas donde antes ni siquiera se pensaba en ello. Existen varias aplicaciones reales donde el uso de esta tecnología ayuda a gestionar mejor el día a día. Me gustaría comentar, por ejemplo, el de una enfardadora automática, donde ofrecemos al cliente una solución exclusiva y diferente a lo que pueden ofrecer otros fabricantes. Como consecuencia de una parada en una máquina de un final de línea, en este caso una enfardadora, se produce una bajada en el nivel de producción y un aumento de los costes. Con nuestro sensor XIOT conectado a la nube se puede contabilizar el tiempo de trabajo de las enfardadoras, en unidades de bobinas de film de plástico consumidas, antes de que se produzca un fallo (típica rotura de la cuchilla de corte, por ejemplo). Para ello, el sensor XIOT, al que conectamos un final de carrera, envía una señal a la nube cada vez que hay un cambio de bobina en la enfardadora. Las señales son capturadas, contabilizadas y procesadas mediante métodos estadísticos, y se entregan informes predictivos de cada máquina instalada que permiten tomar medidas de mantenimiento de forma anticipada, reduciendo así los costes de un fallo inesperado y aplicando un proceso de mejora continua a sus máquinas. Además, con la función de geolocalización, el XIOT envía sus coordenadas cada vez que hay un cambio de bobina. De esta forma el fabricante puede saber la ubicación de su flota de máquinas y organizar las rutas de mantenimiento de forma más eficiente. Incluso en los casos en los que la venta de la máquina se hace a través de un distribuidor, se puede informar al revendedor de la ubicación de la enfardadora donde toca hacer el mantenimiento ofreciendo este servicio como un valor añadido.

Págs. 54 a 57.