Avanza la Comunicación Industrial Sin el Uso de Cables

Por: Erick Estrada
InTech México Automatización,
Edición Enero – Marzo 2011.

El ritmo competitivo de la industria impulsa el desarrollo de la tecnología a un compás acelerado. Los negocios que buscan un crecimiento saben que es factible mantener una brecha competitiva a través de la implementación de innovaciones con la mayor eficiencia posible.

Es por ello que actualmente muchas empresas encuentran argumentos confiables en el proceso de la comunicación inalámbrica para sus soluciones. Ejemplo de lo anterior es la tecnología Wireless, que no es nueva en la industria y que ha estado durante más de 20 años presente en distintas aplicaciones, con lo que muchas áreas se han visto beneficiadas a través de su implementación.

El hecho de que un punto A esté conectado con un lado B a través de un cable, sugiere confiabilidad, seguridad y confort, más que si la información se envía a través del aire desde el punto A al B, ya que además del punto B, cualquier otro que se sitúe dentro del alcance será susceptible de poder recibir la información.

Por ello, si se desea que solamente el punto B obtenga los datos, la comunicación deberá estar debidamente protegida. No obstante, el proceso de comunicación inalámbrica en el transcurso del tiempo se ha transformado para garantizar la información transportada, lo cual la hace más segura para las aplicaciones industriales actuales.

Es así que hoy en día muchas industrias encuentran argumentos no sólo en la tecnología Wireless para sus soluciones. Debido a que estos mecanismos implican ventajas sustanciales: menores costos de instalación y mantenimiento, mayor flexibilidad, capacidad para resolver aplicaciones y libertad de tomar mediciones prácticamente en cualquier parte; aunque también plantea un debate sobre la forma en que se realizan las comunicaciones, ya que el óptimo es que éstas sean seguras y confiables puesto que transportan datos corporativos y operativos.

De esta forma, con la creciente propagación de tecnologías inalámbricas, los usuarios finales se encuentran con más opciones para la ejeción de dichos sistemas. Nuevos fabricantes de hardware, diferentes opciones de desarrollo e implementación y una mezcla de variada  de protocolos hacen que la migración a un sistema de este tipo permanezca más un problema. Ante esto para facilitar la implementación con redes de sensores inalámbricos se deben considerar diversos factores para su aplicación.

COMPRENSION A LOS REQUERIMIENTOS

Respecto a este concepto, Nicholas Butle, gerente de producción para Wireless Sensor Network (WSN), de National Instrumentsm dijo en entrevista que antes que nada, se debe entender lo que se monitorea, mide, o incluso controla con la aplicación del sistema de WSN.

  Canales de IEEE 802.11 Y IEEE 802.15.4 en la Banda 15M de 2.4GHz

“El uso de la tecnología inalámbrica reduce los costos de instalación y mantenimiento de un sistema de medición y comunicación, a la vez que brinda una mayor flexibilidad, asi como capacidad de resolver ms aplicaciones y la libertad de tomar decisiones en cualquier parte del proceso”.

Tiempo de Vida en Batería Típico, Tasa de Transferencia y Rango para Dispositivos IEEE 802.11 Y IEEE 802.15.4

Existen cientos de tipos de medición y aún más sensores para adquirir las señales. Al crear cualquier tipo de monitoreo, primero se debe comprender el tipo de señal que se medirá (presión, humedad RPM, proximidad, etc.), cuales sensores se debe utilizar para adquirir las señales (infrarrojo, termopar, galgas de tensión, etc.), y como se comunican esos sensores con los dispositivos de adquisición de daos (Voltaje, corriente, serial, digital entre otros)”. Nicholas Butler, gerente de producción para  Wireless Sensor Network (WSN).

PROTOCOLO INALÁMBRICO

Intentar entender las diferencias entre Wi-Fi, GPRS, EDGE, ZigBee, WiMAX, Bluetooth y 6LoWPAN, resulta complicado, sin embargo, los estándares inalámbricos se pueden comparar en términos de requerimientos de potencia, tasa de transferencia y rango.

Los estándares celulares y de WAN como GPRS, WiMAX y EDGE ofrecen una tasa de transferencia y rango significativo pero consumen grandes cantidades de energía esto los hace inadecuados como el protocolo de comunicación para instalaciones a largo plazo y energizado por baterías como son las redes de sensores inalámbricas.

Sin embargo, las redes por telefonía celular ofrecen gran valor en el sistema de comunicación hacia la red empresarial para almacenamiento de datos y acceso remoto.

Por otro lado, un protocolo como Bluetooth consume muy poca potencia, pero no ofrece el rango de señal adecuado donde las distancias requeridas varían de 100 a 500 metros.

Después de revisar estos protocolos aún quedan diferentes alternativas, pero éstas se pueden agrupar bajo dos estándares de comunicación que consumen una adecuada cantidad de potencia y ofrecen un rango y tasa de transferencia adecuados para las transmisiones inalámbricas como: IEEE 802.11 Y IEEE 802.15.4.

Tanto IEEE 802.11 como IEEE 802.15.4 definen la capa física y de MAC de los protocolos y son diferentes. Wi-Fi está basado en IEEE 802.11 Y tiene la ventaja del ancho de banda con una tasa de transferencia de bits de 300 Mbits/s (para 802. 11n).

Sin embargo, estas altas tasas de transferencia requieren de codificación y tráfico del radio adicionales, lo que resulta en mayor consumo de potencia.

IEEE 802.15.4, la tecnología base en protocolos como ZigBee, 6LoWAN y WirelessHART, tiene la ventaja en la distancia y consumo de energía. Esta diferencia entre ancho de banda y consumo de energía es obvio en sistemas que la cuentan con Wi-Fi integrado, como laptops o smartphones, que típicamente operan por días mientras las redes de sensores inalámbricas, basadas en IEEE 802.15.4, pueden operar por años con baterías AA estándares.

 

ASEGURAR LA COEXISTENCIA

Para mejorar la confiabilidad de los datos medidos es importante asegurar que se puedan transmitir en ambientes tan densos en comunicaciones de RF. En el estándar IEEE 802.11.

Existen 14 canales posibles en el rango de frecuencia de 2.4 GHz. El ancho de cada canal es de 22 MHz y cada uno está espaciado con S MHz. Esto crea empalmes en los canales de Wi-Fi, por lo que los ingenieros de TI usan los canales 1, 6 Y 11 en sus puntos de acceso para evitar usar empalmados.

IEEE 802.15.4 también utiliza 14 canales en el mismo rango de frecuencia, pero el ancho de cada uno es de 2 MHz, lo que da un ancho de banda menor que los de Wi-Fi. Finalmente, para evitar empalmes con los canales de Wi-Fi comunes y asegurar una coexistencia confiable entre los dos protocolos, se pueden usar los canales 15 y 20 para dispositivos 802.15.4, ya que se encuentran entre los de Wi-Fi con ancho de 22 MHz. Si fuera a utilizar solamente el canal 1 para dispositivos 802.11 entonces podría usar del 15 al 24 para dispositivos WSN basados en 802.15.4 y así sucesivamente.

La compañía farmacéutica Merck migró una parte de su base instalada de terminales a computadoras Panasonic Toughbook H1 Health, solución específica para el sector salud. Felipe Absalón Huízar, Líder de Infraestructura y Servicios TI en Merck México comentó sobre la decisión de implementar esa innovación en el sector. “Merck evaluó la opción de implementar una infraestructura de clientes ligeros que brindara flexibilidad, movilidad y robustez necesaria, entre otros beneficios.

En cuanto a costo/beneficio resulta mucho más conveniente implementar una estructura móvil e inalámbrica. Ahora, con las Toughbook, los operadores pueden acceder a información sobre los procesos entre un paso y otro de la línea de producción en tiempo real, lo que representa un ahorro notable en lapsos de producción”, puntualizó el ejecutivo.

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