Redes de monitoreo de condición basada en protocolo HART

Por David Portilla, Líder de Negocios Ingeniería en Confiabilidad y AMS DM en INECO SpA. • www.ineco.cl

Ya varias empresas de diversos sectores industriales del país (entre las que destacan mineras, refinerías, plantas de celulosa, etc.) cuentan con tecnología cableada y Wireless para el monitoreo de condiciones y variables. En este sentido, WirelessHART se ha transformado en uno de los estándares más empleados en este tipo de aplicaciones.

La tecnología HART convencional puede utilizar tres medios físicos para armar una red de monitoreo: la “tradicional” (cableada con multiplexores), HART sobre Profibus, y la inalámbrica (con WirelessHART). Redes Alambradas con Multiplexores HART Los Multiplexores HART son dispositivos electrónicos que se emplean para la configuración y el diagnóstico online de equipos de campo aptos para usar el protocolo HART, así como para la documentación constante de variables de proceso y estados mediante un PC o un sistema de gestión. Estos componentes no intervienen directamente en las señales que interactúan con los controladores, ya que son señales tipo “espejo”, que levantan la información HART directamente desde el panel de cables al que se conectan los equipos de campo. Figura 1. Conexionado típico de HART con multiplexores. La ventaja de utilizar multiplexores es que la señal de monitoreo no tiene retraso (lag) en la comunicación entre los equipos de campo y la estación de monitoreo. En cambio, su desventaja es que se debe cablear a los multiplexores desde el panel de cables para comunicarse con la estación de mantención, utilizando los protocolos de comunicación RS-232/485 o Ethernet. HART sobre Profibus Para aquellos sistemas de control distribuidos con I/O remotas (cajas de entradas y salidas remotas), la interfaz HART sobre Profibus, es una opción sencilla y rentable de conexión de los dispositivos HART a una estación de monitoreo. En la red Profibus DP de las cajas remotas, se comunica por medio de un gateway (conector), que tiene una entrada Profibus DP y salidas Ethernet o PCMCIA. La estación de gestión de activos accede a este gateway mediante DNS o dirección IP. De esta manera, permite tener la visualización en el campo, además de poder configurar y diagnosticar los distintos equipos asociadas a esa red Profibus DP. Figura 2. Arquitectura de HART sobre Profibus. Redes WirelessHART Las redes WirelessHART son del tipo “Mesh”, es decir, todos los dispositivos en la red son “enrutadores” y tienen la capacidad de auto-organizarse para conseguir la ruta de conexión más robusta hacia el Gateway. Al poseer una variedad de caminos redundantes por los cuales transmitir la información, se genera una red con una confiabilidad mayor al 99%. Para lograr esta redundancia, se requiere que, al menos, otros dos dispositivos se encuentren dentro del rango de comunicación. Asimismo, los dispositivos WirelessHART poseen la tecnología de salto en frecuencia (“Frequency Hopping”), gracias a la que pueden cambiar de frecuencia (según una secuencia pseudoaleatoria) para evitar problemas de interferencia. Los elementos principales de estas redes inalámbricas de dispositivos de campo se describen a continuación: • Gateway: Dispositivo de campo que posee la interfaz que actúa como puerto I/O (serial o Ethernet), el que sirve para convertir el protocolo WirelessHART a otros protocolos. Este dispositivo funciona como interfaz entre la capa de aplicación y los dispositivos de campo. • Transmisores WirelessHART: Dispositivos de campo con tecnología WirelessHART nativa que permiten enviar información, tanto de la variable primaria como de otras (diagnóstico, configuración, etc.) de manera inalámbrica hacia diferentes Hosts. • Adaptador WirelessHART: Es un dispositivo con tecnología WirelessHART que puede adaptarse a casi cualquier dispositivo HART de dos o cuatro hilos, sin requerimientos especiales de alimentación, para permitir la transmisión inalámbrica de datos de medición y diagnóstico. Estos dispositivos se alimentan del mismo lazo de control que alimenta el transmisor HART. Su conexión al transmisor se detalla en la Figura 3. • Host: Computadora que posee la aplicación en la cual será usada la información proveniente de la red inalámbrica. Esta aplicación puede ser relacionada al mantenimiento de los dispositivos (como un sistema de gestión de activos) o puede ser cualquier tipo de aplicación de control o supervisión. Figura 3. Conexión del adaptador WirelessHART a un dispositivo de 2 hilos. Arquitectura del Sistema Remoto Esta arquitectura generalizada representa las válvulas y transmisores ubicados en campo con los adaptadores inalámbricos; estos adaptadores se encargan de extraer la información HART desde los posicionadores para ser utilizada en el software de mantenimiento. Los adaptadores, en conjunto con el Gateway, generan una red de campo inalámbrica auto-organizada, que posee la inteligencia de seleccionar la ruta que más le conviene entre los diferentes adaptadores (que sirven de repetidores), escogiendo el camino más óptimo de comunicación hacia el Gateway . Figura 4. Arquitectura del Sistema.