Comunicaciones con el campo en tiempo real

Desde hace años, los instrumentos de campo en control de procesos, además de cumplir con sus tareas de medición, también aportan información adicional. En teoría, esto hace transparente la base instalada y brinda información de diagnóstico detallada del instrumento, que puede ser utilizada para tareas como mantenimiento preventivo de instrumentos.

Sin embargo, este valor agregado sólo se puede conseguir parcialmente con la tecnología actual. La tecnología analógica de 4-20 mA, por citar un ejemplo, es adecuada para tareas de control de procesos, pero no para un mayor acceso a datos. El protocolo HART adicional, que hoy se usa principalmente para la configuración de los instrumentos, simplemente es demasiado lento para un acceso completo a datos.

Por su parte, la tecnología de fieldbus, conocida desde hace muchos años, ha mejorado este aspecto, pero todavía sigue siendo considerablemente lenta. Además, ha probado ser demasiado compleja para muchos usuarios a lo largo de los años y, en consecuencia, no ha logrado establecerse por completo.

 

Comunicaciones con el campo en tiempo real
Listo para uso a nivel de campo. Con Ethernet-APL, la digitalización recibe un fuerte impulso en los entornos de producción de la industria de procesos.

 

Mundos que crecen juntos

¿Qué ha pasado en otras industrias? Ethernet, además de haberse convertido en un estándar en los entornos de oficina, también se está utilizando en aplicaciones industriales. La principal ventaja es su alta velocidad y la integración sin problemas en sistemas informáticos.

Pero hasta ahora, en la industria de procesos, las especificaciones de Ethernet no pudieron cumplir con las expectativas de los operadores”, comentó Benedikt Spielmann, de Endress + Hauser. “Si bien Ethernet es una forma rápida de transmitir datos, todos los componentes requieren una fuente de alimentación separada, lo que se traduce en mucho trabajo de cableado y mayores costos asociados. Además, Ethernet ha estado restringido hasta ahora a distancias de cable de 100 metros, mientras los sistemas de proceso suelen extenderse hasta 1.000 metros. Otro problema es que los enchufes RJ-45 no están diseñados para entornos de campo hostiles. Y el mejor argumento contra el uso de Ethernet en la industria de procesos ha sido la imposibilidad de instalarlo en zonas Ex por la ausencia de seguridad intrínseca”.

Los principales fabricantes y organizaciones de usuarios unieron fuerzas hace algunos años para solucionar estas desventajas. APL Group busca aprovechar las ventajas básicas de la tecnología Ethernet en sistemas de proceso y adaptarla para su uso a nivel de campo en la industria de procesos: transmisión de alimentación y datos a través del mismo cable de dos hilos,  compatibilidad para zonas Ex, gran ancho de banda y grandes distancias de cable.

La especificación ya está completada. La tecnología Ethernet-APL fue anunciada durante la conferencia virtual Achema 2021. Allí, la presentación de los primeros instrumentos Ethernet-APL de múltiples proveedores fue una clara demostración de los avances conseguidos.

Una de las principales tareas del grupo de trabajo fue garantizar la seguridad intrínseca, que requiere antes que nada limitar la transmisión de la alimentación. Este requerimiento inicialmente contradecía el deseo de un mayor ancho de banda, grandes distancias de cable y robustez contra la interferencia electromagnética. También fue necesario responder a cuestiones relacionadas con el cable y enchufe o tipo de conexión.

La respuesta a todos estos desafíos se refleja en varios estándares y documentos:

  • 10BASE-T1L – La especificación IEEE 802.3cg-2019 define la transmisión de datos full duplex de 10 MB a través de un cable de dos hilos a distancias de hasta 1.000 metros. También es la base para la producción de componentes de la capa física (microchips para codificar y decodificar en dispositivos Ethernet-APL).
  • 2-WISE – Este concepto para Ethernet intrínsecamente seguro de dos hilos (2-WISE) se basa en el concepto FISCO (Fieldbus Intrinsically Safe Concept). La migración en instalaciones de fieldbus existentes se simplifica gracias a parámetros Ex-i compatibles, garantizándose una instalación sencilla sin necesidad de una validación exhaustiva en zonas Ex.
  • Perfiles de puerto – Los requerimientos funcionales y eléctricos con múltiples conceptos de energía quedan definidos en la especificación de perfiles de puerto APL, que acepta diferentes topologías, tales como el concepto conocido de bus y spurs, con hasta 1.000 metros en el bus y 200 metros en el spur. Además, la especificación contiene recomendaciones de instalación, tales como cables aprobados, blindaje y puesta a tierra, como así también la definición de conexiones tipo abrazadera y conectores enchufables M8/M12.
  • Guía de ingeniería – Esta  guía aporta información detallada para planificación, instalación y comisionamiento de redes APL.
  • Especificación del test de conformidad – Garantiza la conformidad de un dispositivo Ethernet-APL con las especificaciones estipuladas. Estos tests forman la base de la certificación de dispositivos Ethernet-APL en laboratorios de test acreditados, asegurando así la interoperabilidad de los dispositivos Ethernet-APL para el usuario final.

 

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Etnernet-APL facilita un acceso más rápido a datos en el campo, que luego están disponibles en servicios digitales, tales como el ecosistema Netilion de Endress+Hauser.

 

Pruebas en el mundo real

Incluso antes de la introducción oficial de las normas y especificaciones y los correspondientes dispositivos, la tecnología APL ha sido implementada con éxito en entornos reales. Hace dos años, BASF instaló prototipos de APL de distintos fabricantes en su planta de Ludwigshafen, Alemania. Los tests abarcaron desde instalación y comisionamiento hasta exportación de datos en paralelo al sistema de control de procesos.

En base a los resultados obtenidos en estos tests, los proveedores de automatización en la industria de procesos indicaron las siguientes ventajas que ofrece Ethernet-APL:

  • Conectores enchufables y diferentes topologías que permiten una instalación sencilla y flexible.
  • Acceso remoto y transmisión rápida de datos que simplifican y aceleran el comisionamiento del sistema.
  • Ethernet a través de un cable de fieldbus de dos hilos que ofrece una comunicación estable.
  • Datos provenientes de instrumentos inteligentes que pueden ser enrutados alrededor del sistema de control de procesos a través de un ‘segundo canal’ de acuerdo con NOA (NAMUR Open Architecture).

Todas estas pruebas fueron confirmadas por Endress+Hauser. “Hace ya diez años, lanzamos al mercado un caudalímetro con conectividad Ethernet”, explicó Spielmann. “La respuesta fue sumamente positiva, especialmente en la industria de alimentos y bebidas. Más datos de proceso y más información de diagnóstico generan transparencia y permiten optimizar los flujos de trabajo. Esta funcionalidad adicional, en términos de digitalización, fue muy bien recibida por los usuarios”.

La tecnología Ethernet ofrece una amplia gama de ventajas en términos de eficiencia y simplicidad, particularmente en mantenimiento de instrumentos. Los usuarios se benefician de un servidor web integrado que simplifica el acceso remoto a los instrumentos de campo para configuración de parámetros o detección de errores. También es posible realizar actualizaciones de firmware a través de este acceso remoto, lo que incluye un gran ancho de banda. El desempeño de Ethernet también promueve la implementación de aplicaciones estándar, tales como generación de reportes de puntos de medición o carga/descarga de parámetros.

En el futuro, se conseguirá el acceso a datos en el campo sin problemas de interpretación, ya que la información estará disponible para servicios digitales, tales como el ecosistema Netilion de Endress+Hauser. En teoría, esta conexión también funciona con otros protocolos, tales como PROFIBUS o HART. Sin embargo, Ethernet-APL logra que haya más datos disponibles y más rápidamente.

Un ejemplo típico es el mantenimiento predictivo, que es controlado con datos en tiempo real desde los instrumentos de campo. “Si bien los algoritmos residen en los instrumentos de campo, también se los debe procesar en la nube. Con Ethernet-APL, la autopista de datos permite que los datos estén disponibles. Si todo esto se hiciera a través de HART, la red se sobrecargaría constantemente y la transferencia de datos sería insoportablemente prolongada”, explicó Spielmann.

Otro aspecto interesante es que Ethernet-APL también soporta el concepto modular empleado actualmente en muchas plantas de la industria química. Se puede agregar cualquier número de segmentos APL con el mismo diseño ya utilizado en otros segmentos. Primero se configura la topología; todo lo demás, tal como la asignación de nombres o los parámetros de arranque en el caso de PROFINET como ejemplo de protocolo Ethernet, es transmitido automáticamente a los instrumentos. “Con Ethernet de dos hilos actual, esto también resulta atractivo para usuarios en industria química, de petróleo y gas, de minerales y minería, que tienen los mismos requerimientos en términos de digitalización”, señaló Spielmann.

Modificado por última vez en Viernes, 19 Noviembre 2021 13:06
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