Actores inseparables: Vida de batería y tasa de actualización

Actores inseparables: Vida de batería y tasa de actualización

 

Aunque la mayoría de los ingenieros de instrumentos y control tiene experiencia eléctrica, debemos recordar que la razón por la que instalamos todos nuestros sensores, elementos de control y sistemas de control para controlar y gestionar un proceso. En consecuencia, es imperativo  que la dinámica del proceso sea parte de la etapa de diseño.

En el caso de dispositivos cableados que no tienen restricciones de alimentación, la tasa de actualización la deciden la tarjeta de E/S y el controlador. En cambio, en los dispositivos wireless alimentados por batería es necesario administrar su consumo de energía, y la forma más común de hacerlo es configurando la tasa de actualización.

Si bien las tasas de actualización en redes de sensores wireless (WSN), WirelessHART e ISA100.11a pueden llegar incluso a 0,5 segundos, a medida que aumenta la frecuencia de actualización, hay una disminución exponencial asociada en la vida de batería.

Como es dable esperar, el mayor impacto ocurre con las tasas de actualización más rápidas que se necesitan en un control de lazo cerrado. Los períodos de actualización más largos (más allá de 60 segundos) están limitados por la física básica de la vida de batería más que por la tasa de actualización, lo que establece un límite en lo que hace a la tasa de actualización más lenta de las ecuaciones.

Entonces, ¿cuál es el equilibrio entre tasa de actualización y vida de batería?

La teoría básica de control recomienda que la tasa de actualización de una medición sea como mínimo tres veces más rápida que la constante de tiempo del proceso.

Algunos expertos prefieren una tasa de actualización, si es posible, seis veces la constante de tiempo del proceso, ya que, de esta manera, se podrán observar todas las etapas de un proceso oscilatorio.

Sin embargo, usando el criterio de tres veces más rápida en un lazo de temperatura (donde los cambios de temperatura medidos con un sensor dentro de una termovaina pueden ser de 16 segundos o más, teniendo en cuenta el tiempo que se requiere para que el calor penetre en la termovaina y su masa), la tasa de actualización wireless necesaria sería de aproximadamente 5 segundos. Puesto que los ciclos de WSN aumentan cada vez el doble, la aproximación más cercana para este lazo es una tasa de actualización de 4 segundos.

La práctica y la experiencia también recomiendan que la tasa de actualización tendría que ser 4 a 10 veces más rápida que la constante de tiempo del proceso en control regulatorio de lazo cerrado, por lo que, incluso en el extremo inferior, la tasa de actualización de 4 segundos podría servir en este ejemplo.

Otra consideración no relacionada con el proceso, además de la vida de batería, es cómo afecta el tráfico a la propia red y, en particular, el punto de acceso o gateway. Algunos fabricantes de WSNs recomiendan mantener las tasas de actualización no más rápidas que 4 segundos, ya que esto podría afectar la cantidad total de dispositivos wireless que se pueden poner en un gateway. Por lo tanto, la tasa de actualización de 4 segundos para este ejemplo es correcta ya que cumple con los tres criterios de mínima.

La temperatura es un ejemplo de proceso lento. La medición de nivel, especialmente en grandes tanques, es otro ejemplo. Estas clases de mediciones son muy adecuadas para el sensado wireless, ya que pueden operar con tasas de actualización más lentas y, teniendo en cuenta que los grandes tanques y parques de tanques son ampliamente distribuidos, no tener que instalar una infraestructura de cable es favorable.

Con la capacidad informática de hoy en día, es posible compensar los efectos de un retardo en las mediciones con algoritmos personalizados de P&ID para redes wireless que tienen en cuenta el retardo, otros algoritmos de control (por ejemplo, predictores de Smith, desarrollados en 1957) u otras matemáticas. (Algunos suelen decir enmascarar en lugar de compensar, especialmente si son utilizados de manera inadecuada por no comprender y aplicar correctamente primeros principios).

A pesar de todos estos avances en cuento a sistemas de control, siempre es bueno recordar la razón por la que estamos implementando la aplicación, como así también los principios de ingeniería asociados y las leyes básicas de física y química a seguir.

 

Preparado por Ian Verhappen, gerente de proyecto senior en CIMA+.

Modificado por última vez en Jueves, 19 Septiembre 2019 16:13
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