Un sistema AMI se organiza en capas: medidores avanzados en el usuario, una red local que los une, concentradores que reúnen sus datos, una red de retorno hacia el centro, un sistema de adquisición de datos (HES) que comanda los medidores y un sistema de gestión de datos (MDM) que valida la información y la entrega a facturación y a otros sistemas.
Para qué sirve una arquitectura por capas
Un proyecto de medición avanzada reúne equipos y programas de varios fabricantes. Para que funcionen juntos hay que decidir con claridad qué hace cada parte y por dónde pasa cada dato. Por eso la AMI se describe en capas. Cada capa tiene una función y una interfaz con la siguiente, y se puede cambiar una sin rehacer todas.
La Resolución CREG 101 001 de 2022 define la AMI como la infraestructura de comunicación bidireccional con los usuarios, que integra hardware, software y redes de comunicaciones. Esa definición se traduce en las capas de esta guía. Una introducción general está en medición inteligente (AMI): qué es y cómo funciona. Cómo evaluar si un proyecto conviene, con valor presente y relación beneficio-costo, está en análisis costo-beneficio de un proyecto AMI.
Las capas
- Medidor avanzado. En el usuario: mide, registra por intervalos, guarda eventos
- Red local. Une los medidores con un punto de recolección: línea de potencia, radio o celular
- Concentrador. Reúne los datos de un grupo de medidores; no existe si el medidor llega directo
- Red de retorno. Lleva los datos desde los concentradores hasta el centro de datos
- Sistema de adquisición (HES). Comanda los medidores y recibe sus datos
- Gestión de datos (MDM). Valida, estima, almacena y entrega
- Sistemas de la empresa. Facturación, atención al cliente, operación de la red
Medidor avanzado
Es el origen del dato. La resolución lo define como el dispositivo que mide y registra datos de uso en intervalos máximos de una hora y que puede almacenarlos y transmitirlos al menos con frecuencia diaria. Además del consumo, el medidor registra eventos y alarmas, como una apertura de tapa o una falta de tensión. Los requisitos de registro, de almacenamiento y de la función de «último suspiro» están en la guía de introducción.
Red local y concentrador
La red local lleva el dato del medidor hasta un punto de recolección. Según el diseño, ese punto es un concentrador de datos instalado en el transformador o en un poste, o es directamente la red celular. Las tecnologías se comparan en comunicaciones AMI: PLC, RF mesh y celular.
En un esquema con concentrador, este equipo cumple tres funciones:
- reúne las lecturas de los medidores de su zona;
- reenvía las órdenes del centro hacia los medidores;
- puede guardar datos y reenviarlos si la red de retorno se cae.
Red de retorno
Es el enlace entre los concentradores y el centro de datos. Los informes del Departamento de Energía de Estados Unidos citan como opciones de retorno la fibra óptica, el celular, las microondas y la línea de potencia. La elección depende de la distancia, la disponibilidad de infraestructura y el costo de operación. Para el diseño de enlaces de radio y celulares puede consultar enlaces de radio y celulares.
Sistema de adquisición de datos (HES)
El HES (head-end system) es el programa que habla con los medidores. Programa qué se lee y cuándo, envía comandos como el corte y la reconexión, y recibe los datos crudos. Cuando el medidor usa DLMS/COSEM, el HES o el concentrador actúan como clientes y el medidor como servidor, según la descripción de la DLMS User Association.
Gestión de datos (MDM)
El MDM (meter data management) recibe los datos del HES y se ocupa de su calidad:
- Validación: detecta valores imposibles, repetidos o fuera de rango.
- Estimación: completa los intervalos que no llegaron, con un método definido y marcado como estimado.
- Almacenamiento: guarda la historia por intervalos.
- Entrega: alimenta facturación, balance de energía y análisis.
Gestor de datos
La resolución colombiana crea además el gestor de datos (GIDI), una persona prestadora de servicios públicos que recopila, administra y publica los datos de energía eléctrica, y que debe actuar con neutralidad e independencia. El sistema del operador de red debe integrarse con el gestor según los mecanismos que este defina.
Qué viaja entre las capas
| Tramo | Qué viaja | Sentido |
|---|---|---|
| Medidor a concentrador | Lecturas por intervalos, eventos, alarmas | Sube |
| Concentrador a HES | Lecturas agrupadas, estado de la red local | Sube |
| HES a concentrador y medidor | Órdenes de lectura, corte, reconexión, configuración | Baja |
| HES a MDM | Datos crudos con su estampa de tiempo | Sube |
| MDM a facturación | Datos validados y estimados, marcados como tales | Sube |
| MDM a gestor de datos | Datos publicados según las reglas del gestor | Sube |
Todo el tráfico lleva fecha y hora. Si los relojes de los medidores se desvían, los intervalos quedan mal asignados, y el balance y la facturación por franjas se descuadran. Por eso el control de la hora es un requisito de diseño y no un detalle.
Decisiones de diseño
- Con o sin concentrador. Con concentrador se reduce el número de enlaces al centro, pero se añade un equipo que mantener. Sin concentrador cada medidor necesita su propio enlace.
- Dónde corre el sistema central. En servidores propios del operador o en la nube de un proveedor. Cambia quién administra la seguridad y los respaldos.
- Cuántos fabricantes. Un sistema con medidores y sistema central de fabricantes distintos solo funciona si hablan el mismo protocolo. La resolución exige protocolos abiertos y prohíbe migrar a protocolos cerrados o propietarios.
- Seguridad. Cada capa necesita sus controles: autenticación del medidor, cifrado del enlace y control de acceso al HES. La resolución exige para el operador de red y para el gestor de datos la certificación ISO/IEC 27001. En IEC 62351 y en ciberseguridad industrial IEC 62443 hay criterios aplicables a la red que comanda los medidores.
Errores frecuentes
- Diseñar solo el medidor. El medidor es una parte; si la red y el sistema central no se dimensionan, los datos no llegan.
- No definir quién es dueño del dato en cada capa. Cuando un fallo ocurre, nadie sabe quién lo atiende.
- Hora sin sincronizar. Intervalos desplazados que no se detectan hasta que no cuadra el balance.
- Probar con pocos medidores y escalar sin repetir las pruebas. Un HES que funciona con unos pocos medidores puede saturarse con todos leyendo al mismo tiempo.
- Aceptar un protocolo propietario por comodidad. Después cuesta cambiar de proveedor.
Para ampliar, vea la lectura, el corte y la reconexión remota, los datos de medición y su analítica y las capas que componen una red inteligente.
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La arquitectura de comunicaciones de un sistema de medida se trabaja con la misma disciplina que la de una subestación: topologías, direccionamiento, seguridad y pruebas de punta a punta. En Tiza Group hacemos ingeniería de comunicaciones, integración a SCADA y gateways y ciberseguridad de subestaciones y plantas. Escríbanos y le cotizamos según su proyecto.
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Referencias
- Resolución CREG 101 001 de 2022: definiciones de AMI, medidor avanzado y gestor de datos; exigencias de protocolo abierto y de certificación ISO/IEC 27001.
- DLMS User Association, Core Specifications, dlms.com/core-specifications: modelo cliente-servidor de DLMS/COSEM.
- U.S. Department of Energy, Advanced Metering Infrastructure and Customer Systems (informe resumen, 2016): componentes de la AMI y opciones de comunicación de retorno.
Preguntas frecuentes
¿Qué diferencia hay entre el HES y el MDM?
El HES (head-end system) habla con los medidores: programa las lecturas, envía comandos y recibe los datos crudos. El MDM (meter data management) trabaja con esos datos: los valida, estima los que faltan, los almacena y los entrega a facturación y a otros sistemas. El primero se ocupa de la comunicación y el segundo de la calidad del dato.
¿Todos los sistemas AMI usan concentrador?
No. En una red con comunicación por línea de potencia o por radio en malla, el concentrador reúne los datos de un grupo de medidores y los envía al centro. Cuando cada medidor tiene su propio módem celular, el medidor habla directamente con el sistema central y no hay concentrador.
¿Quién es el cliente y quién el servidor en la comunicación con un medidor DLMS/COSEM?
En DLMS/COSEM los dispositivos finales, normalmente los medidores, actúan como servidores, y los sistemas de adquisición o los concentradores actúan como clientes. El cliente pide los datos o envía las órdenes, y el medidor responde.