Tipos de sensores: cómo las máquinas ven, detectan y comunican de forma inteligente

Durante los últimos 30 años la industria 3.0 se ha basado en una arquitectura de automatización de 5 capas bien definida. Los dispositivos de campo como sensores, dispositivos de entrada y salida en el nivel más bajo envían datos a través de señales analógicas a controladores lógicos. Los sistemas SCADA realizan tareas de control remoto. Los sistemas de ejecución de fabricación permiten a los usuarios realizar tareas complejas como la programación de la producción. Los sistemas ERP de nivel superior permiten la generación de informes de gestión y comparten datos de fabricación, como el estado de la orden con otros sistemas como el CRM.

En la industria 4.0 estas capas se vuelven difusas, debido a los sistemas ciber-físicos(CPS), evolución directa de los sistemas embebidos que dan la posibilidad de procesamiento descentralizado de los datos, Edge-computing o procesado en la nube, modalidad conocida como Cloud-computing. Vamos a ver a continuación diferentes tipos de clasificacion de la sensorización.

Clasificación según inteligencia

• Sensorizacion analógica: La información donde la información se obtenía del sensor y se leía por un operario in situ, Pudiéndose registrar o no los datos de forma manual (industria 3.0).
• Computación centralizada: El sensor ya es capaz de registrar la información en formato digital, aunque no se acoge a un único estándar (diversos formatos). Se recoge verticalmente y se vuelca en un sistema centralizado de gestión atendiendo a la figura sensor a sistema SCADA, de SCADA a MES y de MES a ERP. (Pudiendo saltarse pasos intermedios.)
• Computación en nube:
  • Fog Computing: Donde los datos se recopilan, procesan y almacenan en la red a través de una pasarela IoT o nodo de niebla. Esa información se transmite a esta pasarela desde varias fuentes de la red donde se procesa y los datos de mayor valor se transmiten de vuelta a aquellos dispositivos que se pueden aprovechar de ello. El Fog Computing tiene la ventaja de permitir que un dispositivo de procesamiento único y potente procese los datos recibidos desde múltiples puntos finales y envíe la información exactamente donde se necesita. Además, ofrece menor latencia -menos tiempo en el envío de datos- que una solución de Cloud Computing, donde los datos se enviarían y recibirían desde la nube.
  • Edge-Computing (computación in situ): Son los mismos sensores los que disponen de la inteligencia suficiente como para procesar los datos, evitando la necesidad de transmitir verticalmente la información, trabajando el sistema como células independientes pero conectadas entre ellas.  Haciendo el sistema menos dependiente y más robusto frente a anomalías.

Clasificación según Comunicación

• Cableada

  • Puerto serie: Comunicación muy básica, hasta 128 dispositivos interconectados, poca distancia efectiva, comúnmente a 9600 baudios, comunicación determinista (puede trabajar en tiempo real) El R-232 vulnerable a las interferencias, El R-485 inmune a las interferencias (par trenzado).
  • Ethernet/IP: Muy extendido, más distancia efectiva, más dispositivos conectados, no determinista (dificultad para tiempo real.).
  • EtherCat: Netamente superior a Eternet/IP, baja latencia, buena velocidad y número máximo de dispositivos conectados, posibilidad de tiempo real.

• Inalámbrica

• Mesh: La topología de red malla es una topología de red en la que cada nodo está conectado a todos los nodos. Con tecnologías de baja frecuencia de conmutación y coste energético como ZigBee o Z-wave, es la tecnología empleada para microsensores. Con distancias efectivas de menos de 70 metros, bajos bitrates hasta 250KB/s, permiten autonomías de hasta 2 años. (Aquí también está el bluetooth, pero esta tecnología tiene un consumo más elevado)
• Celdas: La red originalmente dispuesta para los teléfonos móviles, se mueve en bandas de frecuencia más elevadas, lo que permite mejor bitrate, aunque supone un mayor consumo energético. Su principal ventaja es que supone olvidarse de distancias de funcionamiento, al estar muy extendida en núcleos urbanos. En el espectro de opciones encontramos las conocidas como LTE o 4/5G y las concebidas para el entorno industrial como Sigfox o NB-IoT.
• También puede comentarse el mercado de datos mundial descentralizado IOTA , donde los sensores inteligentes venden y compran información, (esto es lo mas reciente.) Hace poco (28 de noviembre) se alió con un grupo de 25 empresa que promueven el IoT.

David Fuster Giner,

Departamento de Inteligencia Competitiva y Estratégica de AIMPLAS