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15/06/2019

Artículo: Una solución a cada problema: la elección correcta para monitorear mi proceso

Giuliano Bruno Martins Guarese

Coordinador de Proyectos

 

En tiempos en que todo el mundo está hablando acerca de IoT (Internet de las cosas), IIoT (Internet industrial de las cosas) e Industria 4.0, es muy difícil encontrar procesos que no estén siendo monitoreados electrónicamente. Ya sea para evitar errores humanos, para cumplir con los requisitos reglamentarios o para bajar costos, todas las empresas hoy están abandonando o ya abandonaron las notas de papel. Con la evolución de la tecnología, sale mucho más barato y es más seguro tener un equipo que supervise el proceso en lugar de una persona dedicada a tomar notas periódicas. Por lo tanto, ya no se trata de si debemos migrar el monitoreo del proceso a los equipos electrónicos, sino más bien qué equipo / tecnología es más adecuado para el proceso. Con esto, discutiremos en este artículo las características de diferentes equipos electrónicos para este propósito, así como otras tecnologías disponibles en el mercado, para ayudar a elegir el más correcto para cada proceso. Además, también discutiremos algunas buenas prácticas para configurar e instalar estos instrumentos.

 

Procesos

 

Cuando hablamos de adquisición de datos, em general nos referimos a equipos diseñados para resolver un problema particular de una aplicación específica, es decir, un proceso que ya existe y necesita ser monitoreado. Las aplicaciones de monitoreo típicas son:

 

* Conteo de piezas fabricadas en una planta para registrar el control de producción;

* Monitoreo del caudal de agua que abastece a un hogar,  para su recolección mensual por una empresa de servicios de agua;

* Monitoreo de flujo y presión de agua que abastece a una ciudad para el control del suministro de servicios públicos de agua;

* Monitoreo de temperatura y presión de diferentes partes del mismo proceso para control de calidad;

* Monitoreo de temperatura y humedad de barracas de almacenamiento de productos (alimentos, medicamentos, productos sensibles en general, etc.) para cumplir con los estándares de vigilancia en salud;

* Entre tantas otras.

 

Teniendo en cuenta las infinitas aplicaciones para el monitoreo de procesos, todo se reduce a medir, con determinada frecuencia, magnitudes analógicas y / o digitales, registrarlas y permitir el monitoreo por indicación local o remota. Por lo tanto, para elegir el equipo más apropiado para cada proceso, debemos describir nuestro problema en requisitos y luego analizar las opciones de mercado que los satisfacen. Aquí hay algunas preguntas para ayudarlo a elegir el equipo adecuado:

 

¿Los puntos del proceso a monitorear se encuentran muy alejados?

 

*  Sí: elegir aparatos que permitan la lectura de múltiples dispositivos a través de alguna interfaz en protocolo de comunicación estándar de la industria (como Modbus RTU sobre RS485, por ejemplo);

 

* No: dar preferencia a aparatos que pueden monitorear todos los puntos necesarios del proceso.

 

¿Necesito medir magnitudes digitales?

 

* Sí: elija un dispositivo que tenga la cantidad de entradas digitales necesarias para mi proceso;

 

** ¿Qué tipo?

• Recuento de piezas: elija entre un dispositivo que tenga entrada digital con función de acumulador y / o recuento promedio por intervalo de registro;

• Medir flujo: elija un dispositivo que pueda cumplir con la frecuencia de pulso máxima generada por el medidor de flujo y que ya tenga funcionalidad para calcular este tipo de información;

• Medir volumen: elija un dispositivo similar al tema anterior y que tenga funcionalidad de totalización / acumulación;

• Registro de eventos: elija entre un dispositivo que tenga la funcionalidad de registro de eventos y pueda registrar todos los eventos generados por el proceso;

• Ninguno de los anteriores: estudiar más el proceso e identificar si la cantidad que necesita medirse no es analógica o si no será necesario colocar un equipo intermedio que permita la adquisición de la magnitud deseada.

 

* No: el equipo a elegir no necesita tener entrada digital.

 

¿Necesito medir magnitudes analógicas?

 

* Sí: elija un equipo que tenga la cantidad de entradas analógicas requeridas para el proceso;

** ¿Qué tipo?

 

Temperatura: elija un dispositivo con una entrada de sensor de temperatura que cumpla con las necesidades de rango operativo, resolución y precisión del proceso (Termocupla, Pt100, Pt1000, NTC, etc.);

 

Humedad: elija un dispositivo que tenga un sensor de humedad integrado o que tenga un accesorio y que satisfaga las necesidades del rango operativo, la resolución y la precisión del proceso;

 

Presión, humedad, temperatura, corriente, voltaje, potencia, luminosidad, etc.: existen numerosos tipos de magnitudes en las cuales será necesario utilizar un equipo intermedio que obtenga la información y la transmita a través de 0-20 mA / 4-20 mA, 0-10 V / 0-5V, 0 50mV o mediante cualquier protocolo de comunicación. En estos casos, es posible utilizar una entrada analógica de tipo lineal que la permita configurar el rango de lectura de acuerdo con lo que se transmite. Por lo tanto, deberá buscar un equipo que, en conjunto con el aparato de transmisión, satisfaga las necesidades de rango operativo, resolución y precisión del proceso;

 

Ninguno de los anteriores: seguir estudiando el proceso e identificar si la magnitud que debe medirse no es digital o si no será necesario colocar un equipo intermedio que permita la adquisición de la magnitud deseada.

 

* No: el equipo a elegir no necesita tener entrada analógica.

 

Además de verificar las necesidades de la aplicación para los tipos de datos a monitorear, también se debe especificar los requisitos de tiempo de la aplicación:

 

• ¿Cuál es la velocidad de exploración del canal de entrada? ¿Cuánto tiempo necesito para leer todos los puntos de medición del proceso?

 

• ¿Cuál es la velocidad de lectura para los canales de lectura? ¿Qué tan pronto necesito registrar todos los puntos de medición para un análisis futuro de mi proceso?

 

• ¿Cuántos registros necesito almacenar? ¿Cuánto tiempo necesito conservar los registros en la memoria?

 

Tan importante cuanto realizar la medición correcta (con la resolución y precisión adecuadas) en el intervalo correcto, también es elegir un equipo con la tecnología adecuada. Si el proceso requiere que se registren datos incluso durante una falla de energía, es necesario buscar un equipo que tenga o funcione completamente con baterías de respaldo. Si los datos deben ser publicados en un sistema de supervisión o en la nube en tiempo real, hay que buscar equipos que tengan dicha conectividad. Si esto no es necesario, es importante considerar con qué frecuencia alguien realizará una recolección manualmente, calculando para que el equipo tenga suficiente memoria para almacenar los datos para ese período. En este caso, también se debe tener en cuenta la tecnología que permita realizar la recolección de manera más conveniente, como a través de USB o bluetooth a través de un smartphone, por ejemplo.

 

Hay procesos que requieren alguna indicación local y / o notificación de alarma para tomar medidas inmediatas. Por lo tanto, debe ingresar los requisitos establecidos si necesita o no de:

 

• HMI para indicación local;

• buzzer para notificación de sonido de alarma;

• SMS para notificación de alarma;

• e-mail para notificación de alarma;

• salida digital controlada por alarma;

• etc.

 

Registradores de Datos (dataloggers)

 

Los registradores de datos, o dataloggers, son dispositivos electrónicos diseñados para registrar periódicamente datos analógicos y / o digitales a fin de permitir un análisis más detallado de los datos monitoreados. Han surgido para atender las infinitas aplicaciones que existen, y todos los días surgen nuevos modelos para facilitar la vida de los usuarios finales, brindando al dispositivo más inteligencia para que los procesos puedan automatizarse.

 

En general, todos los registradores de datos poseen uno o más canales de monitoreo analógico y / o digital, memoria de grabación e interfaz de comunicación. Los más completos, diseñados para resolver las aplicaciones más complejas, tienen múltiples canales analógicos, múltiples canales digitales, alguna interfaz con el protocolo de comunicación estándar de la industria - para permitir la lectura de múltiples dispositivos-, varios protocolos de comunicación, algunas salidas de unidades de carga y permiten programar la lógica de operación para la aplicación deseada.

 

Todos los equipos de adquisición y comunicación de datos de NOVUS tienen software gratuito para la configuración, recopilación y análisis de las informaciones. Conozca algunos de ellos:

 

Linea TagTemp

 

Son registradores de datos de temperatura con sensores integrados y funcionan solamente con batería. Son extremadamente compactos (de bolsillo) y versátiles, hechos para aplicaciones de monitoreo de temperatura de alimentos y medicamentos, donde un intervalo superior a un minuto entre los registros (necesario para mantener la vida útil de la batería) no es un impedimento para la aplicación. La línea ofrece modelos con interfaz USB o NFC para recolección a través de notebook o smartphone, tecnologías actuales que permiten, de una manera simple y práctica, buscar los datos del dispositivo sin agotar la batería.

 

 

Linea LogBox

 

Son registradores de datos robustos pero compactos, funcionan con baterías y permiten diversas aplicaciones. El LogBox RHT LCD está disponible para satisfacer las necesidades de monitoreo de transporte, almacenamiento de perecederos, auditoría de procesos y más. Tiene sensores integrados de humedad y temperatura con indicación local en la pantalla LCD.

 

El LogBox AA es un registrador de datos de entrada analógica universal de 2 canales para la medición de señales analógicas compatibles con una amplia gama de señales y sensores industriales, tales como Pt100, termopares y sensores lineales (0-50mV, 0-10V, 0-20mA). ó 4 20 mA), lo que permite numerosas aplicaciones que requieren el monitoreo de hasta dos cantidades analógicas. Para habilitar aplicaciones que también requieren monitoreo de cantidades digitales, como aplicaciones de saneamiento, el LogBox DA tiene, además de una entrada analógica lineal configurable (0-50mV, 0-10V, 0-20mA o 4 20mA), en general utilizada para conectar un transmisor de presión, una entrada digital que puede contar pulsos de hasta 4 kHz y sirve principalmente para la supervisión del flujo.

 

 

Línea LogBox Connect

 

La línea LogBox Connect es la evolución de la línea LogBox, ofreciendo conectividad IoT desde el dispositivo a la Nube. Toda línea tiene un canal digital configurable para registro de eventos o conteo de pulsos, para el control de piezas producidas o medición de flujo y / o volumen. Además de la entrada digital, todos los modelos cuentan con hasta 3 entradas analógicas universales configurables (Pt100, termocuplas y sensores lineales (0-50mV, 0-10V, 0-20mA o 4 20mA)), una salida digital configurable para activación de alarma. , indicación local a través de pantalla LCD y buzzer para notificación de alarma local. Todos estos canales de entrada y salida están disponibles para adaptarse a una amplia gama de aplicaciones permitiendo aún la configuración de pequeñas lógicas específicas. No solo todos pueden ser alimentados por una fuente externa de 10 a 30 V, cada equipo de la línea destaca por sus peculiaridades que están destinadas a diferentes aplicaciones.

 

El LogBox BLE puede funcionar completamente con batería, siendo la solución de movilidad perfecta, ya que puede recogerse no solo por computadora portátil a través de la interfaz USB, sino también por smartphone (Android o iOS) a través de la interfaz BLE (Bluetooth de baja energía). Las aplicaciones de recolección, además de proporcionar movilidad y análisis rápido de datos, posibilitan que el equipo se comunique con los sistemas en Nube, a través del cual es posible publicar todos los datos recopilados en NOVUS Cloud para el análisis distribuido de los procesos monitoreados.

 

El LogBox Wi-Fi, con su concepto más integrado a los sistemas, tiene varios protocolos de comunicación implementados en su interfaz Wi-Fi. Con este aparato, es posible integrarse automáticamente con sistemas en la nube tales como NOVUS Cloud y AWS, así como Sistemas de protocolo MQTT o sistemas de protocolo Modbus TCP heredados. Además, el dispositivo también permite que las alarmas configuradas sean notificadas por correo electrónico. Por lo tanto, con LogBox Wi-Fi, simplemente intégrelo con el sistema deseado utilizando la infraestructura de red Wi-Fi local para que no tenga que recopilar manualmente los datos monitoreados por el dispositivo. Aunque el equipo requiere energía externa para conectarse a redes Wi-Fi, el LogBox Wi-Fi tiene baterías de respaldo que proporcionarán suficiente energía durante más de un año para monitorear el proceso incluso en caso de cortes de energía, publicando los datos retenidos. en la memoria tan pronto como se restablezca la alimentación y la conexión al sistema.

 

Finalmente tenemos el LogBox 3G, que se basa completamente en sistemas en la nube, con conexión directa a NOVUS Cloud, donde se puede acceder para la configuración y / o recopilación local (a través de USB) o de forma remota (a través de NOVUS Cloud). Es el dispositivo perfecto para aplicaciones distribuidas donde es necesario monitorear procesos remotos sin conectividad Wi-Fi. Simplemente inserte un SIM CARD con un plan de datos habilitado, realice las conexiones de alimentación y sensor en el dispositivo y regístrelo en NOVUS Cloud. a través del software NXperience para acceder desde cualquier parte del mundo. Además, tiene un modelo alternativo con geolocalización GPS, que contribuye a las aplicaciones que necesitan monitorear la ubicación de la mercancía. Para que el proceso nunca deje de ser monitoreado, en caso de un corte de energía, el LogBox 3G sigue escaneando los sensores y publicando en la Nube durante unas horas a través de baterías internas que se recargaran automáticamente cuando se restablezca la energía.

 

 

FieldLogger

 

El FieldLogger es el registrador de datos más versátil de NOVUS y a menudo se usa en lugar de PLC para monitorear y realizar pequeñas tareas. Sus 8 canales de entrada analógica universal, 8 canales de entrada / salida digital configurables, dos relés y una interfaz RS485 para leer hasta 64 dispositivos remotos Modbus RTU le permiten monitorear una multitud de procesos. Además, tiene una ranura de expansión de memoria por tarjeta SD, lo que permite grabar hasta 16 GB de datos; Interfaz USB OTG para la recopilación de datos a través de una memoria USB; visualización gráfica para visualización local del proceso; e interfaz Ethernet para la gestión remota de procesos a través de numerosos protocolos, que tienen varias funcionalidades a través de protocolos Modbus TCP, HTTP, FTP, SMTP, SNMP, etc. Debido a todas estas características, es el equipo perfecto para monitorear grandes procesos que necesitan registrar una gran cantidad de puntos, tanto analógicos como digitales, cerca o lejos del equipo, donde, en este último caso, es posible usar equipos auxiliares que se comunican como esclavos a una red Mobdus RTU. Además, debido a las numerosas configuraciones de alarma y salidas digitales disponibles en FieldLogger, es posible implementar una pequeña lógica de control para la aplicación.

 

 

Consejos de instalación

 

Después de realizar la encuesta de los requisitos del proceso que será monitoreado y conocer los registradores de datos disponibles comercialmente, ya es posible elegir el aparato más adecuado para resolver la aplicación. Ahora, basta elegir los sensores y transmisores correctos para medir las variables analógicas y digitales y hacer la configuración de todo.

 

Consejos de buenas prácticas de instalación

 

• Leer atentamente el manual del usuario del equipo, puede contener consejos importantes para el proceso y evitar fallas en la instalación;

 

• Los conductores de señales electrónicas y analógicas deben enrutarse por separado de los conductores de salida y de alimentación, y si posible, en conductos puestos a tierra;

 

• La alimentación de los instrumentos debe provenir de una red de instrumentación;

 

• Se recomienda utilizar FILTROS RC (supresores de ruido) en bobinas de contactores, solenoides, etc.

 

• En las aplicaciones de control, es esencial tener en cuenta lo que puede suceder si falla alguna parte del sistema. Los dispositivos internos del equipo no garantizan una protección total;

 

• Al elegir sensores de temperatura, busque el tipo que proporcione la mejor resolución en el rango de medición del proceso;

 

• Al usar sensores tipo Pt100 o Pt1000, prefiera usar sensores de 3 o 4 cables, así, además de permitir que el equipo indique fallas en el sensor, también le permite calcular y compensar la resistencia del cable, que, si no se compensa, puede representar algunos errores de ° C en la lectura del sensor.

 

• Cuando use sensores de termopar, asegúrese de usar el cable de compensación correcto desde el sensor hasta el equipo de medición. Para este tipo de sensores, el equipo tiene un sensor de temperatura interno (llamado unión fría) que se utiliza para compensar la temperatura en la unión entre el elemento termopar y el terminal de conexión del equipo. Si no se utiliza el cable de compensación correcto, la diferencia de temperatura entre el elemento sensor y el equipo aparecerá como un error de lectura en ° C.

 

• Los elementos sensores tienen una señal muy débil y son susceptibles al ruido electromagnético, lo que puede ocasionar oscilaciones de lectura. Por lo tanto, si algún punto de medición está demasiado lejos del registrador de datos, utilizar un transmisor de 4-20 mA o 0-10 V para transmitir la señal al registrador de datos.

 

¿Cómo evitar problemas de instalación ocasionados por el tierra común de los canales del dispositivo?

 

Cuando los dispositivos tengan más de un canal de entrada, el tierra de los canal suele ser común para ellos, es decir, los terminales negativos ("-") de los canales están interconectados internamente. Por lo tanto, al medir señales de corriente (típicamente señales de transmisores), hay que tener cuidado en la conexión para que no se produzca interferencia entre ellos.

 

La forma correcta de conexión es siempre dejar el instrumento de medición (con tierra común) "último" en la ruta de corriente, es decir, con los negativos de entrada directamente conectados a la fuente de alimentación negativa. Esto evita la interferencia de las diferentes corrientes en los canales de entrada.

 

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