En el mundo moderno de la medición inteligente de energía eléctrica, la elección de la tecnología de comunicación se convierte en un aspecto clave para la implementación exitosa de sistemas de monitoreo y gestión. Existen numerosas tecnologías, cada una con sus propias características, ventajas y desventajas. Sin embargo, con tal diversidad puede surgir la dificultad de seleccionar la solución más adecuada para tareas específicas. Nuestra experiencia operativa muestra que la elección de la tecnología óptima depende de muchos factores: desde la frecuencia de encuesta y el tipo de datos que se deben recolectar, hasta las condiciones de operación, como el relieve del terreno y la densidad de construcción. Además, la cantidad de medidores conectados al sistema también influye en la elección de la tecnología.

Para ayudar a nuestros lectores a tomar la decisión adecuada, compartimos nuestras observaciones e investigaciones, y ofrecemos una revisión de varios canales de comunicación disponibles para organizar la medición inteligente de energía eléctrica. En este artículo, examinaremos tecnologías clave como GSM, NB-IoT, Ethernet, LoRaWAN, PLC y otras, para que pueda elegir la solución más adecuada para sus necesidades.

Comencemos con el tipo de comunicación más simple y popular para obtener datos:

GSM: transmisión de datos a través de la red celular

Descripción breve: Aquí se utiliza la infraestructura existente de los operadores de telefonía móvil, por lo que todo lo que se necesita para obtener datos del medidor es conectarlo a un módem GSM con una tarjeta SIM instalada y asegurarse de que los dispositivos estén dentro del área de cobertura de la red. Se pueden instalar medidores con módulos GSM integrados, pero en los casos en que sea posible conectar varios medidores por cable, es recomendable instalar un módem externo que proporcione conexión por RS-485 a un mínimo de 31 medidores.

Área de aplicación: Nuestros clientes utilizan con mayor frecuencia módems GSM para medidores de facturación, con el objetivo de organizar la medición intervalada de la electricidad para obtener tarifas eléctricas más económicas. Las empresas energéticas instalan estos módems para integrar en un sistema los medidores ubicados en subestaciones transformadoras y en armarios de medidores de apartamentos (la medición en edificios).

Características: La comunicación celular está en constante evolución, y se pueden utilizar dispositivos GSM de distintas generaciones:

LTE (4G) proporciona alta velocidad de transmisión de datos (hasta 1 Gbps) con un tiempo de respuesta rápido (menos de 20 ms) y se recomienda en casos donde se necesita conectar múltiples medidores a un solo módem. La conexión LTE garantiza una conexión confiable y la recopilación de todos los datos proporcionados por los medidores: lecturas, perfiles de carga, valores instantáneos por minuto, indicadores de calidad y varios registros.

GPRS (2G) – los módems cuestan entre 1.5 y 2 veces menos que LTE, pero las características son peores: velocidad de hasta 114 Kbps y tiempo de respuesta de aproximadamente 300 ms. Sin embargo, esto será suficiente para la recopilación de datos por minuto de hasta 3 medidores conectados a un solo módem. Con una encuesta rara (una vez al día), se pueden conectar decenas de medidores a un solo módem, y en comparación con LTE no notarás ninguna diferencia. Pero ten en cuenta que GPRS está gradualmente «extinguiéndose», muchos operadores de telefonía móvil planean abandonar o ya han dejado de soportar 2G.

CSD (1G) – la generación más antigua de dispositivos GSM, prácticamente obsoleta. Aquí se requiere la instalación de módems en ambos extremos: en el medidor y en el servidor. La velocidad de transmisión de datos es de hasta 9.6 Kbps, con un tiempo de respuesta de aproximadamente 500 ms, lo que permite extraer lecturas y perfiles de carga de los medidores. La transmisión de datos ocurre de manera similar a una llamada de voz con un cargo por conexión por minuto. Debido al alto costo de esta tarificación, el uso de módems CSD puede justificarse solo en aquellos casos en que ya se haya comprado un módem anteriormente y solo se necesiten recopilar lecturas mensuales del medidor.

NB-IoT: Tecnología del Internet de las Cosas de los Operadores Móviles

Descripción Breve: Esta es una tecnología relativamente nueva desplegada en las redes LTE existentes de los operadores móviles.

Área de Aplicación: Esta tecnología se implementa con éxito por parte de proveedores de servicios públicos (compañías de electricidad, agua y gas) para recopilar datos de medidores ubicados en ciudades donde los operadores móviles han establecido la funcionalidad de la red NB-IoT. Para organizaciones que operan cientos o miles de medidores, hay un fuerte argumento a favor de utilizar este tipo de conexión. La tarjeta SIM NB-IoT, a diferencia de GSM, solo se puede usar en dispositivos IoT: no se puede usar para hacer llamadas o acceder a Internet desde un teléfono inteligente. En caso de robo de la tarjeta SIM, el perpetrador no puede causar un daño significativo a su propietario.

Características: La velocidad máxima de transferencia de datos alcanza los 250 kbps, pero en condiciones reales, la velocidad puede ser menor, dependiendo de las condiciones de la red y la distancia a la estación base. Debido a las características de operación de sesión y las medidas de ahorro de energía, el tiempo de respuesta puede alcanzar de 1 a 2 segundos. Esto es suficiente para la recopilación de datos minuto a minuto de un solo medidor eléctrico. Por lo tanto, recomendamos priorizar medidores con módulos NB-IoT integrados, mientras que el uso de módems externos es aconsejable solo cuando se conectan múltiples medidores que no requieren encuestas frecuentes.

Ethernet y Wi-Fi: Red Local Cableada o Inalámbrica

Descripción Breve: Los convertidores Ethernet y los módems Wi-Fi proporcionan altas velocidades de transferencia de datos (hasta 1 Gbps) y conexiones estables, pero la recopilación de datos está limitada a la red TCP/IP local y al alcance de la señal del router Wi-Fi.

Área de Aplicación: Típicamente, nuestros clientes utilizan las capacidades de la red local para obtener datos de medidores ubicados en edificios o habitaciones individuales. Cuando hay una red cableada disponible, se debe dar preferencia a los convertidores Ethernet, que pueden conectar múltiples medidores enlazándolos con cables de comunicación RS-485. Los módems Wi-Fi se utilizan donde es más fácil organizar la comunicación inalámbrica, por ejemplo, para recopilar datos de medidores de inquilinos dentro de centros comerciales y edificios de oficinas.

LoRaWAN: Long Range Wide Area Network.

Descripción breve: Para crear su propia red de radio, necesitará instalar una o más estaciones base LoRaWAN, cada una de las cuales recibirá datos de dispositivos ubicados hasta 10 km de distancia.

Área de aplicación: La transmisión de datos a través de la red LoRaWAN no requiere mucha energía, lo que permite que los dispositivos transmisores funcionen con energía de batería en lugar de estar conectados a la red eléctrica. Esta ventaja es ampliamente utilizada por las empresas de suministro de agua y gas para recopilar datos de medidores independientes de energía. Sin embargo, esto se vuelve menos relevante para los medidores de electricidad, ya que el módulo LoRaWAN puede recibir energía constante de la circuitería interna del medidor.

La baja velocidad de transmisión de datos (de 0.3 a 50 kbps) no permite que LoRaWAN se utilice para la recuperación garantizada de perfiles de carga, indicadores de calidad y valores instantáneos. Por esta razón, así como por la sensibilidad a obstáculos e interferencias de radio, recomendamos utilizar la tecnología solo para la recolección diaria de datos en áreas remotas y rurales donde no hay edificios altos.

Hemos detallado nuestra experiencia con LoRaWAN y proporcionado numerosos consejos para mejorar la calidad de recepción de datos en otro artículo de nuestro blog: enlace.

NB-Fi: Tecnología de comunicación desarrollada por WAVIoT.

Descripción breve: Esta tecnología también pertenece a la clase LPWAN (Red de Área Amplia de Bajo Consumo). A diferencia de LoRaWAN, emplea el principio de transmitir información en bandas de frecuencia «ultra-narrow». Esto mejora la inmunidad al ruido y permite concentrar la energía de la señal de transmisión para aumentar el alcance. La estación base de WAVIoT puede recopilar lecturas de medidores a distancias de hasta 20 km. Además, el desarrollador de la tecnología ha habilitado la operación sin una estación base al retransmitir paquetes NB-Fi a través de dispositivos de medición y puertas de enlace equipadas con módulos GSM.

Características: El estándar de comunicación NB-Fi admite tanto altas como bajas velocidades de transmisión de datos simultáneamente, dependiendo del número de canales configurados: una velocidad de 25.6 kbps está disponible para 9 canales, 3.2 kbps para 80, 400 bps para 128 y 50 bps para 1024 canales. Los usuarios pueden optar por aumentar el rango de recepción de la señal reduciendo la velocidad o expandir el conjunto de datos recopilados aumentando la velocidad.

Área de aplicación: Nuestros clientes utilizan con éxito esta tecnología de transmisión de datos con medidores de electricidad ubicados tanto en áreas urbanas como rurales. En comparación con LoRaWAN, notamos una mayor calidad en la recolección diaria de lecturas y datos de intervalos. Al organizar una red NB-Fi, es esencial considerar que la tecnología no permite el uso de dispositivos de otros fabricantes: las estaciones base y los módulos de comunicación solo pueden ser producidos por el desarrollador de la tecnología.

Wi-SUN y ZigBee: Tecnologías de comunicación por radio.

Descripción breve: Estas son dos tecnologías de comunicación inalámbrica populares utilizadas para la transmisión de datos en sistemas de Internet de las Cosas (IoT).

Características: Wi-SUN proporciona un alcance de hasta 1-2 km en entornos urbanos y hasta 5 km en áreas abiertas. ZigBee tiene un alcance de hasta 100 metros en línea de vista directa, pero puede alcanzar 1.6 km en una red en malla al utilizar la retransmisión de señal de medidor a medidor. La velocidad máxima de transmisión de datos para ambas tecnologías es aproximadamente la misma: hasta 300 Kbps.

Área de aplicación: Ambas tecnologías aseguran una comunicación confiable con numerosos dispositivos en la red, lo que las hace atractivas para grandes implementaciones como ciudades inteligentes y sistemas de gestión del consumo de energía. En Amivisor, observamos frecuentemente el uso de Wi-SUN por parte de empresas energéticas para la lectura de medidores de electricidad en entornos urbanos, mientras que ZigBee es utilizado por propietarios de centros comerciales y de oficinas para monitorear el consumo eléctrico de los inquilinos.

PLC (Power Line Communication): Transmisión de Datos a través de Redes Eléctricas.

Descripción breve: La funcionalidad de esta tecnología se asegura mediante el uso de dispositivos receptores especiales – concentradores, que permiten la transmisión de señales de alta frecuencia a través de la red eléctrica.

Características: Existen varios estándares de PLC utilizados para la transmisión de datos desde medidores eléctricos, siendo los más conocidos PRIME y G3-PLC.

PLC PRIME (PoweRline Intelligent Metering Evolution) es un estándar que proporciona velocidades de transmisión de datos de hasta 141 Kbps y rangos de comunicación de 100 a 400 metros, dependiendo de la calidad de la red eléctrica. Esta distancia puede aumentarse significativamente gracias al uso de una topología de red en árbol con soporte para retransmisiones.

G3-PLC tiene una velocidad de transmisión de datos más baja, de hasta 35 Kbps en el rango CENELEC (estándar europeo) y hasta 128 Kbps en el rango ARIB (estándar japonés). Sin embargo, su topología de red en malla permite una comunicación más eficiente entre dispositivos. Esta fiabilidad en la comunicación con los medidores puede afectar negativamente al rendimiento. Donde PRIME tiene éxito (por ejemplo, la recolección de datos minuto a minuto de múltiples medidores), los concentradores G3-PLC pueden no tener tiempo suficiente para completar las sesiones de comunicación con todos los medidores. El rango es similar al de PRIME, pero G3-PLC tiene un funcionamiento más estable en condiciones de interferencia (modo robusto con selección dinámica de frecuencia).

Área de aplicación: Las tecnologías PLC son más comúnmente utilizadas por empresas de energía que recogen lecturas de medidores a través de redes eléctricas urbanas, así como en edificios residenciales de varios apartamentos para medidores ubicados en apartamentos o en escaleras.

En general, el uso de PLC dicta altos requisitos sobre la condición de la red eléctrica, ya que el calentamiento de los conductores, la presencia de giros y conexiones conduce a la atenuación de la señal. Las condiciones de aplicación pueden complicarse por interferencias generadas por equipos de consumo. Las empresas que dan servicio a los sistemas de recolección de datos pueden enfrentar dificultades para localizar y eliminar fuentes de interferencia. Dadas las diferencias en la construcción de la red de recolección de datos, recomendamos usar G3-PLC en redes eléctricas propensas a interferencias, siempre que no se conecten más de 300 medidores a un concentrador. En casos donde sea necesario encostar un mayor número de medidores, se debe preferir la tecnología PRIME.

También vale la pena mencionar que muchos fabricantes de medidores han comenzado a ofrecer tecnologías que combinan la transmisión de datos tanto a través de líneas eléctricas como de canales de radio (PLC+RF). En condiciones complejas, el uso de tales tecnologías puede estar justificado.

Conclusión

Elegir la tecnología óptima de recolección de datos para medidores de electricidad es una tarea compleja influenciada por numerosos factores. Estos factores pueden variar desde especificaciones operativas y condiciones del terreno hasta el número de medidores conectados y los requisitos de frecuencia de lectura. No siempre es posible evaluar con precisión todos los aspectos, lo que hace que la experimentación sea necesaria para encontrar la solución más adecuada.

El sistema Amivisor ofrece flexibilidad al soportar todas las tecnologías de lectura populares y ser compatible con medidores de todos los fabricantes conocidos. Esto permite a las empresas probar varias tecnologías en un entorno real para determinar cuál se adapta mejor a sus necesidades. La agregación de datos en una única plataforma Amivisor, independientemente del tipo de conexión y fabricante, permite un análisis integral y la generación de informes consolidados. Esto, a su vez, contribuye a una mejor gestión de las redes eléctricas, permitiendo a las empresas energéticas tomar decisiones informadas basadas en la información recopilada.