SENSORES AUTÁRQUICOS

Ilustración 1: Sensor de nivel autárquico. (VEGAPULS AIR - Fuente VEGA)
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Introducción:

Comenzaré en primer lugar definiendo el nombre de autárquico. Autárquico [1]: Perteneciente o relativo a la autarquía (autosuficiencia). Trasladándolo al mundo de la automatización, y relacionando el Nivel 1 de la pirámide de ISA 95 [2], es decir la instrumentación de campo y los sensores, con el concepto de industria interconectada de la Industria 4.0, trataré de mostrar la última tecnología en la medida de nivel.

 

Ilustración 1: Sensor de nivel autárquico. (VEGAPULS AIR - Fuente VEGA)
Ilustración 1: Sensor de nivel autárquico. (VEGAPULS AIR – Fuente VEGA)

 

La técnica:

El uso de tecnología radar para medida de nivel/distancia sin contacto sigue siendo todavía una novedad en según qué sectores, debido fundamentalmente a su desconocimiento. En realidad es una técnica que se empezó a aplicar en entornos industriales en los años 90, y a lo largo de este tiempo ha ido evolucionado hasta nuestros días, permitiendo mediciones en zonas estrechas en depósitos o tanques sin antenas especiales gracias a frecuencias de trabajo de 80 GHz, mediciones fiables para sólidos y líquidos con precisiones de hasta 1mm y sin tener en cuenta colores, densidades, condensaciones, polvo en suspensión, adherencias o diferencia de presiones y temperaturas. Su uso ha aportado grandes ventajas frente a otras técnicas de medida sin contacto conocidas como los ultrasonidos o el láser, o técnicas de contacto como podrían ser las sondas de presión en líquidos u otras.

 

Ilustración 2: Características de medida radar. (Fuente VEGA)
Ilustración 2: Características de medida radar. (Fuente VEGA)

La evolución de las comunicaciones:

En paralelo a la instrumentación de campo, se sigue evolucionando en la transmisión de la información desde el punto de medida hasta su registro o procesamiento. No podemos negar que la comunicación cableada más estándar que nos podemos encontrar hoy en día en la industria sigue siendo el lazo de corriente 4…20mA, [3]. Aunque cada fabricante de instrumentación trata de desarrollar sus propios estándares de comunicación digital, o buses de campo, con el objeto de transmitir más información y más rápidamente, posibilidad de poder programar el instrumento de forma remota, ahorro en los costes de instalación, o de “manera subliminal” protección de un determinado fabricante frente a su competencia, también es cierto que poco a poco se va trabajando en grupos donde van convergiendo la mayoría de los fabricantes tratando de estandarizar un único bus para la comunicación digital.

Pero ¿qué hacer cuando se quiere controlar un determinado nivel y los costes de instalación hacen inviable su aplicación?. Es aquí donde entra en juego esta nueva serie de sensores autárquicos, donde además de la medida de nivel, será interesante disponer de otros datos como la posición GPS, la inclinación, la temperatura del sensor o el estado de la alimentación. Precisamente este último punto es una de las claves para el éxito de este tipo de instrumentos, ya que para que sea autónomo deberá de estar alimentado por baterías, estando diseñada la electrónica del instrumento para un consumo muy optimizado (pensando en una duración de las baterías de 10 años), pero garantizando la fiabilidad de la medida como si estuviera alimentado directamente por el lazo de control. Otro punto importante serán las comunicaciones. No siendo necesarios en estos casos grandes anchos de banda y pudiendo enviar y recibir información del sensor de manera inalámbrica, se utilizará para ello redes de baja potencia y de área amplia (LPWA- Low Power Wide Area) con alta penetración, ya que en muchas ocasiones podrá interesar disponer del valor del nivel en puntos muy alejados de antenas o en espacios cerrados como por ejemplo sótanos, donde no llega una cobertura convencional. En este caso encontraremos al menos dos opciones que cumplen con los estándares IOT. El primero será utilizando cobertura NB-IoT [4], en la que están implicadas la mayoría de las operadoras móviles del mundo, pudiendo llegar hasta los rincones más insospechados, y por otro lado el uso de infraestructuras públicas o privadas basadas en LoRaWAN [5]. Cualquiera de la red que se elija, es importante tener en cuenta que de cara a mantener una duración óptima de las beterías del sensor, éste permanecerá normalmente “dormido”, se “despertará” en función de la programación establecida, tomará el dato, establecerá comunicación con el servidor, enviará la información adquirida y del estado del sensor, y volverá de nuevo a pasar a la posición de “dormido”.

 

Ilustración 3: Diferentes formas de comunicación inalámbrica entre sensores IOT. (Fuente VEGA)
Ilustración 3: Diferentes formas de comunicación inalámbrica entre sensores IOT. (Fuente VEGA)

El software:

Una vez superada la barrera de la tecnología y pudiendo enviar la información de manera remota, queda un último punto clave que es el de la gestión y la visualización de la información. Con el objeto de poder compartir la información medida con los diferentes actores implicados, (proveedor, cliente, transportista… ), lo normal será enviarla a un servidor web en local (on-premise) o en la nube (cloud). La tendencia hoy en día, es que garantizando unas buenas barreras de ciberseguridad, los accesos a la información sean a través de la nube. Con ello se consiguen mantener la disponibilidad del dato frente a robos locales o perdidas de información, menores costes de infraestructura hardware/software con estructuras flexibles en función del número de datos almacenados, actualizaciones constantes, rápida implementación y posibilidad de acceso desde múltiples lugares y dispositivos móviles.

Pero los datos por sí solos no sirven de mucho si no se hace un buen uso de los mismos. La utilización más frecuente que se suele dar de la medida de niveles con sensores autárquicos es para la gestión de inventarios de producto, y va a servir como fuente de información automática para los modelos VMI (Vendor Managed Inventory). Estos modelos de suministro en los que el proveedor no vende sólo un producto sino una garantía de servicio, están transformando la logística hoy en día, y pese a que hay interesantes estudios [6] donde se muestran las ventajas e inconvenientes, la realidad actual es que van a ser una excelente herramienta desde el punto de vista de proveedor, pudiendo ayudar a predecir consumos y demandas de productos, y pudiendo igualmente optimizar las rutas de envío o recogidas. Y desde el punto de vista del cliente, evitando roturas de stock, por ejemplo en materias primas, una gestión automática en la realización de pedidos o reduciendo la cantidad de producto en sus almacenes o necesidades de entregas por urgencia.

Por otro lado, la información obtenida además de poder personalizarse diferentes paneles y visualizarse desde múltiples dispositivos (responsive web desing), deberá poder configurarse para poder generar de manera automática una serie de alarmas, pudiendo informar directamente a los operadores de campo, responsables de producción o de mantenimiento de planta. Igualmente la información debería poder comunicarse transversalmente o integrarse en otras aplicaciones (del tipo ERPs…) o plataformas a través de APIs REST o similares.

 

Ilustración 4: Ejemplo de software para gestión de datos. (Fuente VEGA)
Ilustración 4: Ejemplo de software para gestión de datos. (Fuente VEGA)

Aplicaciones:

Los usos que se les pueden dar a los sensores autárquicos de medida de nivel, son muy variados y nos los podemos encontrar prácticamente en todos los sectores. Por ejemplo en el sector de aguas, nos podemos encontrar sensores autónomos para la medida de nivel en pozos aislados, o para gestión de productos químicos y cal o la recogida de lodos en una planta de tratamiento de aguas. Otro ejemplo, nos podemos encontrar en la industria química o refino para la gestión de aditivos o depósitos de combustible en casa del cliente. En el sector alimentación, para el control de suministro de materias primas como el azúcar, harina, cereal, almacenamiento de aceite en las almazaras o para tener un control del nivel de piensos en los silos de las granjas y un largo etcétera.

Conclusiones:

A la hora de medir niveles o existencias a granel, o cualquier otra variable, es importante tener en cuenta las ventajas y los inconvenientes de unas y otras tecnologías. La evolución de la automatización y la electrónica pensando dentro del entorno 4.0, nos ha abierto el abanico a la hora de obtener información de fuentes donde antes era impensable su instalación, desarrollando dispositivos más compactos, autónomos y conectados a internet. Esto a su vez, nos ayudará a optimizar nuestros procesos productivos y a gestionar de manera más eficiente los recursos.

Referencias
[1] Real Academia Española, Dicciónario de la lengua española, 2020.
[2] D. Jiménez, «ISA Sección Española,» iSA-S95 y IIOT: La potencia sin control, no sirve de nada, 15 04 2021. [En línea]. Available: https://isa-spain.org/isa-s95-y-iiot-la-potencia-sin-control-no-sirve-de-nada/.
[3] International Society of Automation – ISA, «ISA50 Standards,» [En línea]. Available: https://www.isa.org/standards-and-publications/isa-standards/isa-standards-committees/isa50.
[4] 3GPP – The mobile broadband standard, «3GPP a Global Initiative,» 3GPP, 13 10 2021. [En línea]. Available: https://www.3gpp.org/.
[5] Wikipedia, «LorRa WAN,» Wikipedia, 10 10 2021. [En línea]. Available: https://es.wikipedia.org/wiki/LoRaWAN.
[6] F. J. M. Bañuls, «La gestión de inventarios por el proveedor (Vendor Managed Inventory),» Anales de mecánica y electricidad. Asociación Ingenieros ICAI, vol. LXXX, nº 1, pp. 16-20, 2003.

 

Fernando Cámara Centeno
Miembro Grupo Industria Conectada 4.0 en ISA Sección Española
Vocal ISA Sección Española, Zona Aragón
Comercial Zona Norte en VEGA Instrumentos

 

 

 

 

 

 

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