Nuevo adaptador wireless para dispositivos HART

Un sistema de instrumentación de campo wireless permite lograr ahorros importantes desde el momento de la instalación, ya que se reducen los costos 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 cañeros y cables, soportería, conexionado, etc.). También ofrece ventajas operativas y de mantenimiento incluso en sistemas cableados existentes.

Esto es lo que ocurre con el nuevo Link Scout de SignalFire, que permite acceder en forma inalámbrica a los dispositivos HART de una planta, lo que facilita el monitoreo en tiempo real de sus principales variables y su configuración o diagnóstico en forma remota usando cualquier software con tecnología FDT/DTM, por ejemplo Pactware.

Nuevo adaptador wireless para dispositivos HART 

Adaptador wireless Link Scout

Este nuevo dispositivo de campo se conecta en paralelo con un dispositivo HART instalado y cableado en la planta sin afectar el funcionamiento del mismo.

A intervalos configurables por el usuario (por ejemplo, cada 5 minutos), el Link Scout 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. 

La información accesible en estas variables depende obviamente de cada dispositivo de campo HART; 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 están disponibles como variables Modbus para el sistema de control en el puerto de comunicación del gateway, apuntando a la dirección de esclavo Modbus del Link Scout correspondiente. 

También están disponibles otras variables HART, tales como el ID del fabricante y el ID del dispositivo, lo que sirve, por ejemplo, para detectar un cambio en el dispositivo de campo. 

Como todos los nodos del sistema wireless de SignalFire, se reportan 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.

 

Instalación

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

La colocación del Link Scout sobre el dispositivo HART es muy simple, ya que cuenta en la parte inferior con una rosca macho de ½” NPT, compatible con la gran mayoría de las conexiones eléctricas de transmisores y posicionadores. En consecuencia, puede ser roscado 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, Link Scout puede ser instalado a una distancia de hasta 800 m.

 

Programación

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

Entre los parámetros que el usuario debe configurar se encuentran, por ejemplo, la direccion de esclavo Modbus que adoptará para que el sistema pueda leer todos los valores, los datos de la red a la que se conecta y el uso de encriptación, ya que la tecnología empleada permite codificar todos los mensajes utilizando un mecanismo AES-128, logrando que la red sea virtualmente inviolable.

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

 

Aplicaciones

Sin lugar a dudas, son muchas las aplicaciones en las que puede emplearse Link Scout para lograr que el sistema de control tenga acceso a más información del proceso aprovechando los equipos ya instalados, y, al mismo tiempo, para que el personal de mantenimiento pueda configurar o diagnosticar dispositivos HART en forma remota. A continuación se describen algunas de estas aplicaciones.

 

Diagnóstico de válvulas con posicionadores inteligentes

Cada vez es más frecuente el uso de posicionadores digitales inteligentes sobre válvulas de control de planta, especialmente en aquellas consideradas 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, acceso a información útil para implementar estrategias de mantenimiento predictivo, tales como recorrido de la válvula, presión de aire de suministro, presión de salida al actuador, temperatura de trabajo, posición real de la válvula, etc. Se puede acceder a toda esta información con el protocolo de comunicación HART utilizando una herramienta de mano (hand-held), una 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. También es cierto que, en la gran mayoría de los casos, el sistema de control de planta se limita a enviar al posicionador la señal analógica de 4-20 mA para mover la válvula, quedando desaprovechada toda la información de diagnóstico.

 

Nuevo adaptador wireless para dispositivos HART
Diagnóstico de válvulas con posicionadores inteligentes.

 

En estos casos, Link Scout se convierte en una 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 transmitir la información adicional en forma inalámbrica al sistema de la planta, aprovechando así la inversión realizada al elegir un posicionador inteligente versus un simple posicionador sin ninguna capacidad de diagnósticos.

Gracias a estos datos adicionales, el sistema de control podrá, por ejemplo, dar una alarma en caso de baja presión del 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. 

 

Nuevo adaptador wireless para dispositivos HART

 

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 Link Scout (obviamente, siempre que el posicionador soporte esta tecnología suministrando el DTM apropiado).

 

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, sólo una de estas variables llega al sistema de control en forma cableada como señal de 4-20 mA, mientras las demás no se aprovechan, además de 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 valor de caudal másico, caudal volumétrico, densidad y temperatura. Agregar un Link Scout 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.

 

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Lectura de valores adicionales a partir de un caudalímetro másico Coriolis.

 

También se podrá utilizar Link Scout para aprovechar todas las mediciones de un transmisor multivariable. Estos transmisores se instalan 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; en base a estos valores, calcula el caudal másico o en condiciones estándar de gas o vapor. 

 

Nuevo adaptador wireless para dispositivos HART
Lectura de valores adicionales a partir de un transmisor multivariable.

 

Dado que, en principio, al sistema de control sólo llega una señal de 4-20 mA correspondiente al caudal medido, con Link Scout es posible la lectura del resto de las variables por HART (depende de la flexibilidad del 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 medición de nivel total, nivel de interfase y temperatura de fluido en el mismo dispositivo.  Puesto que el sistema de control toma una sola señal de 4-20 mA, el resto de la información podrá estar disponible en el sistema mediante Link Scout.

 

Nuevo adaptador wireless para dispositivos HART
Lectura de valores adicionales a partir de un transmisor de nivel magnetoestrictivo.

 

Capacidad multi-drop

Link Scout también puede aprovechar la capacidad de conexionado multi-drop con HART, en cuyo caso varios dispositivos se conectan en paralelo con diferentes direcciones HART, ya que puede interrogar hasta 4 dispositivos al mismo tiempo. 

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

 

Nuevo adaptador wireless para dispositivos HART
Capacidad multi-drop.

 

Utilizando un Link Scout con cuatro dispositivos HART en multi-drop, es 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.

A la hora de dimensionar el sistema de alimentación en estos casos se deben tener en cuenta dos aspectos importantes. En primer término, la comunicación HART requiere de una resistencia en el lazo de unos 250 Ohm. Además, para las aplicaciones en modo multi-drop, cada transmisor con una dirección HART diferente de cero genera una corriente de salida de 4 mA constante, que no depende de la medición. Por lo tanto, si se conectan 4 dispositivos en paralelo, la corriente total será de 16 mA y con una carga de al menos 250 Ohm, lo que implica una caída de tensión en la resistencia de 4 V. 

Si la fuente que se utiliza es de 24 V, luego de la resistencia quedarán disponibles aproximadamente 20 V para alimentar los transmisores de campo.

 

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 de Link Scout es que permite establecer una comunicación completa y transparente desde un software con tecnología FDT/DTM, ya que, desde SignalFire Toolkit, se genera un puerto virtual que luego puede usar programas como Pactware, FieldCare, AssetView FDT, etc. 

 

Nuevo adaptador wireless para dispositivos HART
Comunicación HART inalámbrica.

 

De esta manera, el personal de planta podrá acceder a la configuración y diagnóstico de todos los equipos con Link Scout (o con Sentinel HART, que además alimenta el 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 se traduce en grandes ahorros en lo que hace a tiempos de traslado, generación de permisos de trabajo especiales, etc.

 

Nuevo adaptador wireless para dispositivos HART

 

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

 

Integración con el sistema de planta

Un sistema wireless 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 estar configurado con una dirección particular, que terminará siendo el ID Modbus del mismo. 

 

Nuevo adaptador wireless para dispositivos HART
Integración con el sistema de planta.

 

A su vez, el gateway también tendrá su propio ID a través del cual el sistema de planta podrá acceder a información de la red inalámbrica.

Por lo tanto, para que el sistema de planta pueda leer un valor, sólo tiene que interrogar al esclavo correspondiente (por ejemplo, al ID del Link Scout conectado a un posicionador inteligente o a un radar) y consultar por las variables disponibles.

 

Preparado por el Ing. Pablo A. Batch, Gte. Ingeniería de Aplicaciones, Esco Argentina S.A.

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