Aspectos esenciales de la comunicación HART y el IIoT

En una planta de proceso que opera con instrumentación 4–20 mA/HART, las situaciones inesperadas pueden intensificarse rápidamente si se pasan por alto las capacidades de diagnóstico. Este ejemplo ilustra una situación habitual de mantenimiento:

Imagine un día de lluvias intensas. El equipo de mantenimiento anticipa una jornada de operaciones rutinarias que requerirá una intervención mínima. No obstante, surgen diferentes inconvenientes de manera simultánea que exigen una respuesta inmediata. El equipo se encuentra de pronto ante un problema crítico en la medición de niveles.

Un operario informa que un transmisor de nivel está entregando lecturas inestables, lo que deja al proceso operando sin información fiable sobre el nivel. El transmisor se encuentra en una zona remota de la planta, lejos del taller, y acceder a él implica desplazarse en medio de condiciones meteorológicas adversas.

Al llegar al equipo, el técnico constata que la configuración local no está disponible. Para diagnosticar el problema, se necesita un configurador de campo, pero su batería está agotada. Este retraso obliga al técnico a regresar, recargar la herramienta y desplazarse nuevamente hasta el instrumento. Durante este tiempo, el proceso continúa sin una medición precisa del nivel, y los operarios no son conscientes de que el nivel ha subido demasiado.

Finalmente, el detector de nivel de punto se activa, parando el proceso y deteniendo la producción. Aunque el sistema de seguridad actúa según lo previsto, el incidente pone de manifiesto una vulnerabilidad significativa: la falta de acceso inmediato a los diagnósticos retrasa la resolución de problemas y genera tiempos de parada innecesarios.

¿Le es familiar el ejemplo anterior? A menudo, este tipo de situaciones pueden resolverse rápidamente accediendo directamente a los datos de los equipos en campo. Incluso cuando los equipos de campo se basan en señales analógicas de 4-20mA, la mayoría disponen del protocolo de comunicación HART, pero en este caso no se utilizó.

HART no es una tecnología nueva, como bien sabemos. Aunque existen millones de equipos HART instalados en industrias de todo el mundo, no todo el mundo conoce los fundamentos en los que se basa.

HART son las siglas de Highway Addressable Remote Transducer (transductor remoto direccionable sobre bus), , un protocolo que se introdujo a mediados de la década de 1980. En 1986 se convirtió en un estándar abierto, tras haber sido inicialmente un sistema cerrado.

HART es un protocolo híbrido que superpone una señal digital a la señal analógica tradicional de 4–20 mA, un estándar utilizado desde hace décadas y que sigue siendo ampliamente empleado en muchas plantas industriales.

Desde el punto de vista técnico, HART utiliza el estándar Bell 202 y emplea la modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK) a 1200 bps. Dos frecuencias representan valores binarios: 1200 Hz para "1" y 2200 Hz para "0" Este enfoque permite la comunicación entre los equipos maestro y esclavo sin interrumpir la señal analógica.

Los equipos de campo compatibles con HART ofrecen un nivel de información de diagnóstico y operativa comparable al de los equipos de comunicación totalmente digital. La distinción clave radica en cómo se accede a estos datos. Los equipos digitales transmiten continuamente su información, incluso cuando no están siendo utilizados activamente. Por el contrario, muchos dispositivos HART almacenan información importante que no se aprovecha.

Todos los equipos que emplean el protocolo HART son compatibles con la gestión inteligente de dispositivos (IDM), al igual que ocurre con PROFIBUS, Foundation Fieldbus y otras tecnologías digitales. Aunque HART cuenta con un modo multipunto que permite leer datos de varios equipos, este método es relativamente lento y, por ello, poco utilizado. Afortunadamente, existen soluciones alternativas para extraer esta información crítica sin depender de configuraciones multipunto.

Entonces, ¿cuál es la diferencia real entre los dispositivos HART y los dispositivos de bus de campo totalmente digitales? En cuanto al tipo y la calidad de la información —como la salud y el diagnóstico de los equipos—, prácticamente no hay diferencias. Sin embargo, la instalación estándar de los equipos HART suele implicar que el sistema de control solo recibe la señal analógica de 4-20 mA, a diferencia de las redes digitales, en las que todos los datos están disponibles de forma continua.

La buena noticia es que las soluciones modernas, tanto cableadas como inalámbricas, permiten un acceso eficiente a los datos HART y los convierten en información procesable, por ejemplo, mediante ecosistemas IIoT como Netilion de Endress+Hauser.

Escenarios como el del transmisor de nivel mencionado anteriormente pueden evitarse con frecuencia al aprovechar las modernas opciones de conectividad. Existen formas prácticas de recuperar datos IDM de equipos de campo habilitados para HART sin grandes inversiones ni cambios significativos en la planta.

1. Integración WirelessHART: La conexión inalámbrica es uno de los métodos más sencillos para recopilar datos de equipos. Añadiendo un adaptador WirelessHART a los equipos de campo existentes, es posible transmitir los datos a una puerta de enlace WirelessHART. Esta puerta de enlace, como la Fieldgate SWG70 de Endress+Hauser, puede conectarse a un dispositivo edge, lo que permite una integración perfecta con las plataformas de IIoT en la nube. Las soluciones inalámbricas se han consolidado en todos los sectores y han demostrado su eficacia en una amplia variedad de aplicaciones.

2. Pasarelas HART para integración cableada Para plantas que optan por soluciones cableadas, las puertas de enlace HART ofrecen una forma fiable de extraer datos del bucle de 4-20 mA y conectarlos a plataformas IIoT, como Netilion. Si bien este método puede implicar un gasto inicial algo superior al de la tecnología inalámbrica, el retorno de la inversión generalmente se alcanza en pocos meses. Un ejemplo es Fieldgate SFG250, una puerta de enlace HART basada en Ethernet que proporciona un método sencillo y eficaz para acceder a los datos de los equipos e integrarlos en sistemas en la nube. HART sobre Ethernet es una de las maneras más efectivas de acceder a información valiosa sin incrementar la complejidad de las operaciones diarias.

Los ejemplos anteriores muestran que el IIoT está más al alcance de lo que podría pensarse y no implica una complejidad excesiva. Los beneficios de los servicios IIoT son evidentes: su implementación en la planta puede generar importantes ventajas operativas.

Por ejemplo, el IIoT puede proporcionar una visión general de su base instalada. ¿Sabía que aproximadamente el 30 % de los activos de muchas plantas industriales ya se consideran obsoletos? Con los servicios IIoT, puede registrar los equipos de manera manual o automática a través de un dispositivo edge, creando un gemelo digital.

Una vez conectados, los servicios digitales como Netilion Analytics ofrecen información transparente a través de tableros de instrumentos y gráficos intuitivos. Estos análisis aportan información crítica, como la disponibilidad de los equipos y el estado de su ciclo de vida, lo que reduce la complejidad y agiliza las tareas de mantenimiento.

Otra aplicación potente de IIoT, combinada con el protocolo de comunicación HART, es la monitorización del estado de los equipos. Los servicios digitales como Netilion Health proporcionan información de diagnóstico tanto para Endress+Hauser como para equipos de terceros.

Tanto con soluciones cableadas como con WirelessHART, la puerta de enlace puede integrarse con un dispositivo edge, el cual asegura la comunicación segura de los datos hacia la nube. De esta forma es posible acceder a la información del estado de salud del equipo desde cualquier lugar.

El sistema muestra los estados del equipo conforme a las normas NAMUR NE 107. Ante una alerta de diagnóstico o un fallo, es posible acceder a información detallada para identificar su causa y definir las acciones correctivas pertinentes. También dispone de datos históricos que muestran cuándo y con qué frecuencia se han producido los acontecimientos, lo que le ofrece una imagen clara del rendimiento de los activos a lo largo del tiempo.

Si durante el incidente de medición de nivel descrito anteriormente se hubiera contado con un sistema de monitorización de este tipo, el problema podría haberse detectado a tiempo, lo que habría ahorrado tiempo, evitado tiempos de parada y reducido los costes.

En resumen: el IIoT permite que la gestión de la planta sea más sencilla, inteligente y eficiente.