Monitoreo de sitios remotos con tecnología IIoT

En muchísimas ocasiones es importante tener acceso a mediciones o al control de dispositivos en sitios muy alejados de la planta, o bien en activos que pertenecen a la empresa pero que están distribuidos en un área geográfica muy extensa (dentro del país o incluso en el extranjero).

Como ejemplos se puede mencionar mediciones en tanques con materia prima o productos terminados, control de bombas que toman aguas de pozos o de un río, monitoreo del caudal del agua retornada a un cauce natural luego del tratamiento, medición de nivel y temperatura en silos de granos, control de sistemas de riego artificial, monitoreo de calidad de agua, etc.

Monitoreo de sitios remotos con tecnología IIoT

Dispositivos Ranger

El objetivo de estos dispositivos de SignalFire es monitorear e incluso controlar activos remotos sin recurrir a sistemas tradicionales como SCADAs, PLCs, Remotas, etc.

La solución, que lleva los datos del sensor directamente a una interface en la nube, es fácil de usar y accesible desde una interface web, incluso desde un teléfono móvil. Se puede conectar a sensores existentes con salidas analógicas, de pulsos o discretas para monitorear distintos parámetros, tales como presión, nivel, caudal, temperatura, etc.

El GPS incorporado en el equipo también permite la geolocalización de los datos en aplicaciones con activos móviles, por ejemplo tanques de materia prima.

 

Monitoreo de sitios remotos con tecnología IIoT

 

Conectividad basada en IIoT

La solución celular integra lo más moderno en tecnología inalámbrica, permitiendo la conectividad directa desde un sensor a una plataforma en la nube.

Usando LTE-M (abreviatura de LTE Cat-M1), esta tecnología permite a los dispositivos de IoT conectarse directamente a una red 4G sin un gateway o enlace intermedio. El Ranger está diseñado para lo que se conoce como IIoT, o sea integración de información de planta o campo en Internet utilizando la estructura de las redes móviles (LTE M1).

 

Entradas/salidas

En su configuración estándar, el dispositivo Ranger dispone de una entrada analógica de 1-5 V o 4-20 mA, dos entradas discretas (que también pueden ser pulsos de caudalímetros, de hasta 2 kHz) y una salida discreta (relé tipo 'latch' de bajo consumo). En consecuencia, se lo podrá conectar a cualquier transmisor con salida 4-20 mA, alimentarlo con las baterías internas y reportar en intervalos configurables (por ejemplo, cada 30 minutos) el valor medido (presión, nivel o temperatura).

Si bien SignalFire ofrece servicio de servidor para que el usuario pueda acceder a los datos (alojamiento en servidores de AWS – Amazon Web Services), también puede enviar la información al sistema SCADA del usuario siempre que soporte el protocolo MQTT.

Como opcional, se puede agregar al Ranger un módulo que suma (2) Entradas analógicas y (1) Entrada discreta, por lo que se podría llegar a tener en un solo equipo hasta (3) AI, (3) DI y (1) DO. De esta forma, con un solo dispositivo se consiguen simultáneamente (3) mediciones de 4-20 mA o 1-5 V, hasta (3) mediciones de caudal (caudalímetros con salidas de pulsos) y la posibilidad de controlar algún dispositivo con la salida discreta (por ejemplo, una bomba o una válvula). 

También se dispone de un módulo con comunicación Modbus para facilitar la integración con los gateways tradicionales de SignalFire con tecnología de 900 MHz, o con cualquier otro dispositivo que use este protocolo (caudalímetros, computadores de caudal, PLCs, cromatógrafos, etc.).

 

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Entradas/salidas de un dispositivo Ranger.

 

Reportes de alarmas

Existe la posibilidad de recibir alarmas por email o SMS en caso de que se active alguna entrada discreta (por ejemplo, alguna alarma de alto o bajo nivel, presostato, etc.).

De esta manera, el usuario siempre estará alertado si ocurre alguna situación anormal.

 

Batería y autonomía

El dispositivo Ranger está dotado de un pack de baterías de larga duración. En cada transmisión de datos reporta al usuario la tensión de la batería (en mV) y el estado de la misma (si debe reemplazarse o no). Cuando sea realmente necesario, el reemplazo de la batería puede hacerse sin necesidad de retirar el equipo del lugar donde está instalado, ya que es apto para áreas clasificadas.

Como opcional, también está disponible con pack de alimentación solar que hace innecesario el reemplazo de las baterías y le otorga al sistema una autonomía de muchos años.

 

Configuración

La programación se hace a través de una interface USB con el software Ranger Toolkit, que puede ser descargado en forma gratuita de la página web de SignalFire. Con la aplicación es posible configurar los parámetros de conexión a la red (broker de MQTT), las características de las entradas y el intervalo de actualización de los datos.

Muchos de estos parámetros también pueden ser modificados luego desde la web, una vez que el equipo ya está instalado en su ubicación definitiva, sin necesidad de desplazarse hasta el sitio.

 

Integración de redes wireless de 900 MHz

Las soluciones de instrumentación inalámbrica de SignalFire están basadas en nodos que utilizan una estructura mesh y se comunican con un concentrador o gateway en la banda de 900 MHz. Esto permite resolver aplicaciones con muchos puntos de medición distribuidos en un alcance de alrededor de 800 m.

Hay disponibles transmisores de campo wireless para señales analógicas (4-20 mA y 1-5 V) y discretas, sensores de temperatura (RTD y termocuplas), pulsos (caudalímetros), presión, nivel e interfase con sensor magnetoestrictivo, dispositivos HART o Modbus, etc. 

El Ranger es el complemento ideal para estos sistemas, cuando el usuario tiene varios sitios remotos instrumentados y quiere disponer de la información en su sistema. Agregando un módulo Modbus en el Ranger es posible transmitir a la nube la información de todas las mediciones de campo que fueron registradas por los dispositivos wireless de cada locación y concentradas en el gateway.

Tanto el gateway de 900 MHz como el Ranger cuentan con aprobación para ser instalados en áreas clasificadas (Clase I, División 2), lo que permite su uso en todo tipo de instalaciones en las industrias de petróleo y gas, petroquímica, minería, etc.

 

Sistemas de válvulas de shut-down

Para el accionamiento de válvulas de emergencia, dado que es frecuente utilizar la presión neumática generada a partir de un banco de cilindros con nitrógeno (como suministro principal o como respaldo), el Ranger puede ser una excelente solución para monitorear el estado de dicho suministro y garantizar la disponibilidad cuando sea necesario. Una falla en el sistema neumático podría hacer que la válvula de seguridad no pueda cerrarse en la condición de emergencia, con graves consecuencias para la instalación, el ambiente, el proceso, etc.

De acuerdo con la instrumentación ya instalada, se podrán transmitir señales discretas de presostatos de baja y alta presión, la señal de un transmisor de presión analógico o incluso incluir el monitoreo de la posición de la válvula o el disparo de la misma en forma remota.

 

Monitoreo de sitios remotos con tecnología IIoT
Sistema de válvulas de shut-down.

 

Suministro de gases especiales

Hay muchos dispositivos importantes que requieren el suministro de gases especiales para su correcto funcionamiento. Un claro ejemplo son los cromatógrafos, que utilizan helio (alternativamente puede ser nitrógeno, argón, etc.) como gas ‘carrier’ para tranportar los componentes de la muestra, y cuya presión debe estar garantizada dentro del rango especificado por el fabricante.

En este caso, el Ranger, además de ser importante para monitorear el estado de este suministro y coordinar la logística del reemplazo de los tubos de gas carrier agotados, podrá utilizarse incluso para transmitir los resultados de los análisis del cromatógrafo si se incorpora el módulo con comunicación Modbus/RTU.

Algo similar puede implementase con otros gases, como en el caso del suministro de oxígeno para centros de salud. En esta aplicación habitualmente se distribuye oxígeno líquido que se almacena en un taque de gran capacidad y luego se vaporiza en el sitio donde se va a utilizar, por lo que el Ranger podria integrarse con la medición de nivel en el tanque de almacenamiento y con la medición de caudal si estuviera disponible.

 

Monitoreo de sitios remotos con tecnología IIoT
Suministro de gases especiales.

 

Monitoreo de tanques de almacenamiento y consumo de GLP a granel

El GLP (propano y butano) se utiliza como fuente de energía en muchísimos sitios que no tienen acceso a la red de gas natural. En muchos casos, las empresas distribuidoras instalan pequeños tanques de almacenamiento en la locación del usuario, y deben programar un recorrido para recargar el GLP a medida que se va consumiendo. Esto hace que, en muchos casos, la logística no sea la ideal, ya que pueden visitarse sitios que no requieren una recarga o, por el contrario, correr el riesgo de dejar sin suministro a un usuario que ya consumió lo que tenía almacenado.

El Ranger puede convertirse en una excelente fuente de información para que la empresa encargada del suministro tenga información en tiempo real de sus usuarios, y poder programar el recorrido de la flota de camiones para las recargas en forma óptima.

De acuerdo a la instalación, el Ranger podrá tomar información de un transmisor de nivel y/o de presión en el tanque o en la línea de alimentación al consumo, o incluso de un caudalímetro si el usuario lo tuviera instalado, de modo que la empresa pueda facturar por el GLP consumido (como suele ocurrir en algunas instalaciones industriales o grandes consumidores).

 

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Monitoreo de tanques de almacenamiento y consumo de GLP a granel.

 

Medición de estaciones de regulación de gas natural

En las redes de distribución de gas natural es habitual encontrar estaciones de regulación de presión basadas en válvulas auto-reguladoras, e incluir medición de caudal del gas tomado de la red. En estos casos, el Ranger puede aceptar en sus entradas analógicas de 4-20 mA o 1-5 V las señales de sendos transmisores de presión ubicados aguas arriba y aguas abajo de la reguladora, y del caudalímetro en una de sus entradas discretas, ya que aceptan señales de pulsos de hasta 2 kHz.

También podría monitorearse el estado de una válvula de bloqueo del suministro si la misma tiene disponible los correspondientes interruptores de posición. De esta manera, el operador podría recibir una alarma (email o SMS) cuando la válvula cambia de posición.

 

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Medición de estaciones de regulación de gas natural.

 

 

Sistemas de alerta temprana de inundaciones

El monitoreo de las alturas de cauces de agua (arroyos, ríos, lagos, etc.) puede ser una herramienta muy importante para implementar sistemas de alerta temprana de inundaciones para tomar medidas de contención o paliativas. Dado que los puntos de monitoreo pueden estar distribuidos en grandes extensiones, toda una provincia o a lo largo de un río que recorre varias provincias, la solución que ofrece el Ranger es ideal, ya que sólo requiere una cobertura de LTE-M1. La medición de nivel puede implementarse, por ejemplo, con un sensor ultrasónico o un radar sin contacto, alimentado por el propio dispositivo a través de sus baterías internas.

El GPS incorporado permite vincular inequívocamente las mediciones con la posición geográfica real del punto.

En algunos casos, la medición de nivel también puede complementarse con algún sensor de velocidad del agua, que puede ser integrado al Ranger usando una señal de 4-20 mA o Modbus.

 

Control de suministro de agua

Aprovechando todas las entradas y salidas, el Ranger puede resolver el monitoreo y control completo de un sistema de almacenamiento de agua, como los que suelen utilizarse en aplicaciones de riego. Usando el módulo con E/Ss adicionales, el Ranger puede tomar la lectura del sensor de nivel del reservorio y la presión de impulsión de la bomba a partir de las señales de 4-20 mA, del caudal de la bomba con una entrada de pulsos (o alternativamente también como 4-20 mA), del comando de la bomba a través de la salida de relé tipo latch, y del estado de la misma mediante dos entradas discretas.

De este modo, el operador podrá recibir un mensaje de alarma cuando el nivel en el reservorio está por debajo de un determinado valor, y encender la bomba en forma remota para recargarlo, monitoreando la performance de la misma.

 

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Control de suministro de agua.

 

Logística de distribución de productos químicos

Las empresas dedicadas al suministro de productos químicos necesitan tener un estricto control de las existencias en los usuarios finales para programar adecuadamente la reposición del producto consumido. En algunos casos también es importante la localización de los tanques ya que los mismos pueden ser móviles y desplazarse a diferentes ubicaciones. Un ejemplo sería la distribución de inhibidores de corrosión que se inyectan en pozos de producción de petróleo y gas, productos clorados para potabilización de agua, etc.

En estas aplicaciones, el Ranger ofrece las dos soluciones al mismo tiempo, ya que, por un lado, transmite la información del sensor de nivel (o los interruptores de alto y bajo nivel) dispuesto en el tanque, y, por el otro, actualiza permanentemente su localización gracias al GPS incorporado.

De este modo, el responsable de la logística sabrá convenientemente cuándo debe enviar más producto a destino, y dónde está ubicado el tanque.

La plataforma de SignalFire en la nube ofrece la geolocalización como estándar, y se la puede acceder mediante cualquier navegador web, tanto en computadoras como en tablets o celulares.

 

Preparado por el Ing. Pablo A. Batch, Gte. Ingeniería y Servicios, Esco Argentina S.A.

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