Es bien sabido que los técnicos,
y especialmente los que nos comunicamos con máquinas, a veces (¿a veces?)
perdemos la perspectiva y nos lanzamos a hablar dando por descontado que todos
conocen los términos que estamos usando, hasta que nos damos cuenta que hace
rato nuestro interlocutor está haciendo un gran esfuerzo por no salir huyendo
despavorido.
Y esto no se debe a que los
conceptos utilizados sean complejos (normalmente no lo son), sino que
simplemente nuestro sufrido interlocutor no los conoce y nadie se ha dado el
tiempo de explicárselos.
En esta publicación trataremos de
subsanar este problema. Para ello comenzaremos por donde corresponde, es decir,
por el principio.
Variables: el objeto de nuestras
mediciones.
M2M tiene que ver con medir
remotamente fenómenos y procesos que nos interesan para mejorar el
funcionamiento de nuestra empresa. A estas mediciones las llamaremos variables,
y pueden ser de una naturaleza muy diversa. Por ejemplo, una viña puede medir
la temperatura y humedad en la época de brote para detectar riesgo de heladas y
reaccionar a tiempo. Una distribuidora de agua puede medir el nivel de sus
estanques, las presiones en la red de distribución y las horas de
funcionamiento de las bombas en las tomas de aducción para optimizar sus
procesos y reducir costos.
Para facilitar su comprensión
clasificaremos las variables en grupos. Como toda clasificación, esta es
arbitraria y perfectible, pero creemos que servirá a nuestro propósito:
- Variables análogas o analógicas: corresponden a mediciones que pueden variar
de valor en forma continuada, normalmente dentro de un rango. Por ejemplo:
la temperatura o el nivel de un estanque.
- Variables digitales o de estados binarios: corresponden a mediciones que pueden
tener solo dos valores. Por ejemplo: un interruptor puede estar conectado
o desconectado, una puerta puede estar abierta o cerrada.
- Variables de estados múltiples: corresponden normalmente a condiciones de
operación de maquinarias y pueden tomar valores dentro de una lista de
estados posibles. Por ejemplo: una grúa puede estar apagada, en ralentí,
en movimiento con carga, en movimiento sin carga, etc.
- Variables de pulsos: pertenecen a un caso especial de variables
digitales, que cambian de estado por lapsos muy breves de forma
relativamente periódica. Ejemplo: un medidor de agua puede entregar un
pulso por cada litro de agua que fluya, de forma que al contar los pulsos
podemos determinar la cantidad de agua entregada.
Sensores: la forma física de leer las variables.
La lectura de las variables la
conseguimos mediante dispositivos denominados sensores que
"leen" el fenómeno físico y lo transforman en una señal eléctrica que
refleja la medición.
Los sensores pueden ser
dispositivos muy simples, como un flotador conectado a un interruptor, que
cierra el interruptor cuando el nivel de líquido de un estanque sobrepasa
cierto nivel, o muy complejos, como un sensor de nivel de estanque que utiliza
ultrasonido para determinar la altura de la superficie del líquido al interior
del estanque.
En el caso del sensor de
flotador, la variable medida es del tipo digital: cuando el nivel de agua está
bajo el limite el interruptor está abierto y cuando el agua supera el límite el
interruptor está cerrado. Esta información puede parecer muy básica, pero es
suficiente para decidir la detención de la bomba que está llenando el estanque
y así evitar que se rebalse.
Normalmente los sensores son una
parte muy importante de un sistema M2M por dos razones principales:
- La calidad de la medición que entregan puede
ser crítica para el proceso que queremos gestionar. Por ejemplo, un sensor
de temperatura que mida con una precisión de + - 2 grados puede ser
adecuado para monitorear un horno con temperaturas de varios cientos de
grados, pero es inservible para la detección precisa de condiciones de
helada en una viña.
- El costo de los sensores puede ser un factor
crucial al momento de decidir por una inversión en un proyecto de M2M. Hay
sensores que cuestan solo unos pocos dólares y otros que pueden costar
varios miles.
Puertas: cómo el sistema M2M captura las variables medidas.
Los sensores entregan señales
eléctricas que reflejan la variable medida. Estas señales deben ser
incorporadas al sistema M2M y eso normalmente se hace a través de puertas.
Las puertas a usar dependen del
tipo de variable que se desea captar, de forma tal que:
- Para las variables análogas se utiliza puertas
análogas.
- Para las variables digitales binarias se
utiliza puertas digitales.
- Para las variables de múltiples estados se
utilizan múltiples puertas digitales.
- Para las variables de pulsos se utiliza
puertas digitales con capacidad de contar pulsos.
Las puertas reciben
la señal eléctrica del sensor y la convierten en un valor numérico, para que
sea manejado por el sistem M2M. En el caso de las variables análogas, son
convertidas a números enteros y decimales (ej: temperatura = 23.7 grados), las
variables digitales son normalmente convertidas a unos y ceros (ej:
0=interruptor cerrado, 1=interruptor abierto) y las de pulsos son convertidas
en números enteros que llevan la cuenta de los pulsos leídos.
Tipos de puertas
análogas.
Los puertas análogas
más frecuentemente usadas son las denominadas de voltaje y de corriente.
Las puertas
de voltaje convierten el voltaje entregado por el sensor en un número
que corresponde a la medición realizada. Por ejemplo, un sensor de temperatura
puede entregar 0 volts cuando mide 0 grados Celsius y 5 volts cuando mide 100
grados. De esta forma cuando el sensor entregue 4 volts estará indicando que
hay una temperatura de 80 grados.
Las puertas
de corriente funcionan de forma similar a las de voltaje, pero
normalmente el rango de corriente va desde 4 hasta 20 miliamperes. Un sensor de
temperatura puede entregar 4 miliamperes cuando mide 0 grados Celsius y 20
miliamperes cuando mide 100 grados. De esta forma, si el sensor entrega 12
miliamperes (punto medio entre 4 y 20) indica que está leyendo una temperatura
de 50 grados.
Una de las ventajas
de las puertas de corriente con señales de 4 a 20 miliamperes es que si se
corta un cable del sensor, la corriente bajará a cero, saliendo del rango de
medición, lo que permite al sistema M2M detectar el corte del cable, generando
el aviso correspondiente y descartando el valor leído. Esto no ocurre en el
caso de las puertas de voltaje ya que una señal de cero volts está dentro del
rango válido de medición.
Tipos de puertas digitales.
Las puertas digitales
también se agrupan en dos tipos: de voltaje y de "contacto seco".
Las puertas
digitales de voltaje leen un voltaje y lo comparan con un valor de
referencia, para decidir si la variable corresponde a un estado lógico cero
(cuando el voltaje está bajo la referencia) o un estado lógico uno (cuando el
voltaje es igual o mayor a la referencia). Por ejemplo, una puerta con nivel de
referencia de 2 volts interpretará cualquier voltaje bajo 2 volts como un
estado lógico cero y todo voltaje igual o superior a 2 volts como un estado
lógico uno.
Las puertas
digitales de contacto seco no leen voltajes, sino que detectan si
tienen conectado un interruptor abierto o cerrado. Si el interruptor está
abierto, lo interpretan como un estado lógico uno y si el interruptor está
cerrado, lo interpretan como estado lógico cero.
A todo ésto, ¿qué es
un estado lógico uno y un estado lógico cero?. Simplemente es la representación
del fenómeno que estamos monitoreando. En el ejemplo del flotador mencionado
más arriba, el interruptor se cerraba cuando el agua sobrepasaba cierto nivel.
En otras palabras, el interruptor cerrado (estado lógico cero) corresponde a
estanque lleno (o a punto de llenarse).
Espero que hayan
aprendido sobre este tema de forma entretenida. La semana que viene
conversaremos sobre otra manera de integrar información a los sistemas M2M:
puertas RS232, RS485 y protocolos de datos.
Recuerden que sus
comentarios, ideas y aportes serán muy bienvenidos. Hasta la próxima semana.
