La mayor ventaja de los instrumentos de campo y actuadores inalámbricos (wireless) nativos es la ausencia de cables para transmisión de datos y alimentación, lo que también elimina los costos asociados de tiempo y dinero en relación a su instalación y futuro mantenimiento.

Las compañías han adoptado el estándar wireless ISA100 por una variedad de razones, entre las cuales, la más crítica de todas, es su capacidad de soportar una comunicación confiable en los entornos de proceso. ISA100.11a (IEC 62734) fue elaborado gracias a la colaboración entre proveedores de dispositivos y sistemas, por un lado, y usuarios finales de automatización de procesos, por el otro, en pos de desarrollar una plataforma capaz de satisfacer a todos los involucrados. En la figura 1 se muestra una topología de red a nivel de dispositivos que usa instrumentos wireless ISA100.11a.

Los dispositivos de campo wireless ofrecen numerosas posibilidades para bajar el costo operacional junto a un mejor desempeño y gestión de la instalación. Pero ocurre que en un gran número de plantas existentes, la mayoría de los dispositivos inteligentes de campo ya están instalados de forma cableada y, como ocurre tantas veces, no se obtiene toda la información disponible de los dispositivos inteligentes compatibles con el protocolo HART. Se puede usar entonces la tecnología wireless con nuevos dispositivos y extender las capacidades de comunicación de la instrumentación inteligente existente, aprovechando, por ejemplo, sus capacidades de diagnóstico. 

 

Adaptadores wireless

En una planta de proceso, a menos que algo esté realmente mal con las redes cableadas existentes, ningún usuario va a sacar y reemplazar los dispositivos cableados que operan correctamente. Sin embargo, a la hora de agregar nuevos dispositivos, es posible que la planta decida no extender las redes cableadas. En este caso, hay disponibles nuevos instrumentos de campo y actuadores como dispositivos wireless autocontenidos. Otra posibilidad sería complementar dispositivos cableados inteligentes convencionales agregando un adaptador wireless para comunicarse con una red wireless.

Un adaptador wireless puede funcionar de dos modos. Primero, se puede agregar capacidad de comunicación wireless completa a un instrumento inteligente cableado convencional. Todos los datos provenientes del dispositivo pueden ser enviados mediante la red wireless sin usar los cables. 

Segundo, se puede extender la capacidad de comunicación de un dispositivo cableado existente. Muchas implementaciones cableadas a nivel de dispositivos de campo no son capaces de aprovechar información alguna más allá de la señal analógica básica que representa la variable de proceso medida, principalmente porque el sistema central sólo posee entradas analógicas convencionales que no permiten interpretar el protocolo de comunicación a través del cableado. Los dispositivos inteligentes instalados en una tal red no pueden ser aprovechados en su totalidad y quedan relegados al rol de un simple dispositivo analógico. 

En este caso, agregar un adaptador wireless permite enviar información adicional, por ejemplo diagnósticos y parámetros de configuración, usando la red wireless, mientras se sigue operando con la red cableada para la transmisión de la variable de proceso.

Cuando se agrega un adaptador a un dispositivo cableado convencional, el adaptador puede estar equipado con su propia fuente de alimentación interna que funciona de manera independiente. Si el instrumento necesita alimentación, el adaptador podrá soportarlo, eliminando la necesidad de cables de alimentación.

 

Características del adaptador wireless

El Módulo Multi-Protocolo Wireless de Campo FN310 de Yokogawa puede trabajar con dispositivos de campo compatibles con HART y ofrece una variedad de funciones básicas de comunicación y operacionales:

  • Convierte los datos HART en un formato adecuado para enviar a través de una red ISA100.11a;
  • Envía los comandos HART para configuración y resolución de problemas;
  • Provee su propia alimentación interna para la transmisión de datos;
  • Provee alimentación para un dispositivo que necesite una fuente externa.

En la figura 2 se muestra un ejemplo de aplicación del Módulo Multi-Protocolo Wireless de Campo con distintos dispositivos compatibles con HART. Este adaptador se monta separadamente y tiene incorporadas todas las funciones necesarias para la comunicación ISA100, de modo que sólo requiere la conexión con el dispositivo de campo.

 

 

Aplicaciones típicas de un adaptador wireless

Hay muchas maneras de usar el Módulo Multi-Protocolo Wireless de Campo en una planta de proceso; la mayoría de las aplicaciones lo utilizan para conseguir la plena funcionalidad de los dispositivos existentes mientras se ahorra en costos de cableado, molestias de instalación y futuro mantenimiento.

Las plantas suelen tener instalados un gran número de dispositivos compatibles con el protocolo cableado HART destinados al monitoreo y control de distintas variables de proceso (figura 3). La mayoría de estos dispositivos de campo están conectados por medio de configuraciones cableadas a nivel de dispositivo. El Módulo Multi-Protocolo Wireless de Campo convierte estos dispositivos en dispositivos wireless compatibles con ISA100.11a sin modificaciones.

Si una planta o unidad de proceso requiere renovación, la planta puede decidir reparar y mantener la red cableada, o simplemente eliminar partes de la misma. Si esto implica la instalación de cables en zonas a prueba de explosión, reemplazar ese cableado con wireless puede significar un importante ahorro. 

En el caso de una actualización de planta importante, donde se deben remover puntos de sensado o reemplazar cables con muchos años de uso, los adaptadores wireless permiten recurrir a dispositivos inteligentes compatibles con HART cableado existentes sin necesidad de reinstalación y mantenimiento de cables.

 

 

Extender la comunicación wireless a dispositivos convencionales

Las plantas que quieran incorporar dispositivos de campo y redes wireless podrían verse restringidas por la limitada selección de dispositivos wireless nativos disponibles hoy en día. Si bien su número está creciendo continuamente, algunos tipos de dispositivos, en particular aquellos con un elevado consumo de energía, sólo están disponibles en configuraciones cableadas convencionales. En tales casos, de ser inteligentes HART, el Módulo Multi-Protocolo Wireless de Campo puede convertir a wireless todos los instrumentos y actuadores compatibles con HART cableado de cualquier proveedor.

 

Recolectar y compartir datos de dispositivos inteligentes

Mientras las variables de proceso de los dispositivos compatibles con HART instalados en una planta existente son enviadas al sistema de automatización de planta a través de la red de dispositivos de campo, otra información, por ejemplo información acerca de las condiciones de los dispositivos y de diagnóstico, puede ser de gran ayuda para el departamento de mantenimiento, que se encarga de recolectar y gestionar tales datos, para usarlos luego con fines de análisise en programas de mantenimiento (Assett Management, por ejemplo PRM de Yokogawa), registros de mantenimiento, utilización de repuestos, etc. Si una red cableada existente de dispositivos de campo no puede extraer esa información y recolectarla para ser compartida entre departamentos, esas ventajas no se pueden concretar. Actualizar la red puede resultar una tarea compleja y costosa, y es en estos casos cuando aparece en escena el adaptador wireless, que se encarga del envío de esa información de forma económicamente viable.

La incorporación de un Módulo Multi-Protocolo Wireless de Campo le permite al departamento de mantenimiento capturar comandos HART cableado e información de diagnóstico de la línea 4-20 mA con pocos cambios en la instalación. El adaptador puede trabajar con dispositivos de dos hilos y de cuatro hilos. En el caso de dispositivos de cuatro hilos, es posible conectar una fuente de alimentación externa al dispositivo, lo que facilita el soporte de dispositivos que tienen un elevado uso de energía.

 

Dispositivos compatibles con HART en áreas remotas donde hay cables de datos o de alimentación

El Módulo Multi-Protocolo Wireless de Campo puede alimentar un dispositivo exterrno, lo que simplifica la instalación de dispositivos compatibles con HART en ubicaciones donde las redes cableadas a nivel de dispositivo no llegan o donde no hay energía disponible. En condiciones favorables, el adaptador puede cubrir una distancia de hasta 500 m en cualquier dirección y más de 1 km si se usan repetidores (routers). 

Por ejemplo, combinando un instrumento HART con un Módulo Multi-Protocolo Wireless de Campo, se puede medir el nivel de agua en ríos y reservorios (figura 4). Gracias a que el adaptador pesa menos de 1 kg incluyendo las baterías, es posible mover fácilmente el adaptador y el correspondiente dispositivo compatible con HART conectado, lo que flexibiliza los cambios de los puntos de medición.

 

 

Extender el alcance de la red wireless actuando como router

En aplicaciones donde las distancias entre los dispositivos de campo wireless son muy grandes o donde las grandes estructuras metálicas crean barreras para una propagación eficaz de las señales wirelsss, se puede usar un Módulo Multi-Protocolo Wireless de Campo como router para enviar comunicación hacia o desde otros dispositivos wireless de campo (figura 4). Puede haber otro instrumento wireless nativo ISA100.11a que sirva para la misma función, pero en muchas situaciones es más fácil usar un adaptador como router dedicado ya que es de poco peso y compacto. También puede ser colocado estratégicamente para completar la red de una manera óptima.

 

Conclusión

Instalar un Módulo Multi-Protocolo Wireless de Campo permite convertir instrumentos y actuadores de válvula inteligentes compatibles con HART cableado ya existentes en dispositivos wireless. Aporta flexibilidad a la hora de agregar nuevos dispositivos en plantas existentes usando redes de datos de dispositivos de campo wireless, reduciendo así costos de instalación de cableado y mantenimiento. También amplía la gama de tipos de sensores wireless disponibles y simplifica la instalación de dispositivos. 

Muchos operadores de planta consideran que el adaptador wireless es un dispositivo de gran utilidad que permite que una planta existente pueda disfrutar de los beneficios del sensado wireless y de las ventajas de la gestión de activos a través del acceso a variables de diagnóstico avanzado que los instrumentos inteligentes de campo hacen posible una vez que se accede a sus comandos HART.

 

Preparado con material suministrado por Yokogawa Argentina S.A.

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