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Aspectos técnicos y económicos que hay que tener en cuenta antes de tomar una decisión

¿Cómo acertar en la implementación de una infraestructura wireless?

Xavier Miquel, Product Manager en Iberfluid Instruments S.A.04/03/2013
La implementación de una infraestructura wireless en una instalación industrial, resulta una de las decisiones más estratégicas e importantes que un gestor debe realizar. Una adecuada selección redundará en una reducción de costes de instalación a medio y largo plazo, así como en la optimización de los recursos de la planta.
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Infraestructura wireless en instalación industrial.

El primer reto al que se enfrenta un gestor de proyectos interesado en implantar una red wireless, es el de argumentar adecuadamente su decisión, frente a la alternativa, siempre existente, de utilizar cableado convencional. Existen diferentes cuestiones de carácter tanto técnico como económico que pueden inclinar la balanza en uno u otro sentido.

Una vez la decisión es firme y la opción inalámbrica es la escogida, resulta imprescindible una evaluación precisa y detallada de la zona sobre la que se ha plantado ejecutar dicha instalación.

Wireless versus instalación física

A la hora de plantear la necesidad de desarrollar una infraestructura inalámbrica, una de las principales cuestiones a la que se enfrentará el responsable del proyecto, será el estudio comparativo del sistema wireless frente a la instalación convencional mediante cableado físico. Los costes de instalación son el primer factor que aparecerá en las discusiones preliminares, aunque existen otros relacionados directamente con requisitos y factores exclusivamente técnicos, tales como la criticidad de la señal a transmitir, el tiempo de actualización de la medida o la tipología de información transmitida.

- Costes de instalación. En este punto cabe reseñar que los instrumentos de campo con opción wireless disponen, habitualmente, de costes superiores a sus homólogos con cableado directo. En muchos casos, y de manera errónea, se tiende a realizar una mera comparativa entre los precios de los equipos, considerando, únicamente, un factor de corrección que permite compensar los costes propios del cable a utilizar. Un estudio más detallado, permite sacar a la luz partidas a valorar, que pueden compensar esa desigualdad inicial, haciendo que la diferencia se reduzca considerablemente. Los costes asociados a infraestructura para el cableado (bandejas, cajas de interconexión, etc.), así como para el propio montaje (andamiaje, permisos de trabajo para zonas peligrosas, etc.); pueden representar en muchos casos un porcentaje del presupuesto final, superior al de los propios equipos. Resulta necesario un estudio pormenorizado, no sólo del coste de los equipos, sino también de los materiales y servicios adicionales requeridos para ambas tipologías.

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Instrumento de campo con comunicación wireless.

- Criticidad de la señal. Dada la relativamente poca experiencia que acumulan los sistemas de comunicación inalámbrica en determinados sectores industriales, genera una cierta reticencia la posibilidad de implementar rutina de control en sistema wireless. El temor o incertidumbre ante un posible fallo en el sistema de comunicación, provoca que en muchos casos los responsables de dar luz verde a la ejecución de estos proyectos, opten por enfocar el sistema a señales de carácter indicativo y no ejecutivo. Esta decisión se suele tomar con el objetivo de preservar los lazos de control de posibles fallos no deseados o injerencias externas. Sin embargo, por un lado, muchos de los sistemas actuales de comunicación inalámbrica, disponen de niveles de encriptaciones que aseguran una comunicación segura. Por otro lado, existen topologías capaces de gestionar la señal transmitida por diferentes canales simultáneamente, hecho que asegura una suficiente redundancia en la transmisión.

- Costes de implantación de nuevas tecnologías de comunicación. Aunque en la actualidad todavía gran parte de las instalaciones apuestan por la soluciones que incluyen señales analógicas 4-20 mA, no es menos cierto que la posibilidad de disponer de protocolos de comunicación serie (Modbus, Fieldbus Foundation, Profibus, etc.) han permitido una evolución hacia equipos Smart. El concepto Smart ahonda en las posibilidades de incrementar significativamente las capacidades de configuración y conectividad de los instrumentos de campo. Sin embargo, este gran abanico de posibilidades que emergen con las nuevas generaciones de transmisores, quedan, en muchos casos, sin ejecución dados los costes de instalación. Esto es debido a la imposibilidad, en la mayoría de casos, de poder aprovechar las infraestructuras existentes, ya que éstas han sido diseñadas y dimensionadas para equipamientos analógicos. La tecnología wireless da respuesta a la requisición de un sistema rápido y económico de implantar transmisores inteligentes en plantas donde ya existan equipos comunicados sobre una red analógica.

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  Puesta en servicio de equipos wireless.

- Costes de supervisión y mantenimiento. El loop 4-20 mA se puede ver afectado por diferentes problemáticas tales como:

  • Acumulación de agua o humedad en conductores
  • Problemas de humedad en prensaestopas y cajas intermedias
  • Corrosión sobre borneras por efectos medioambientales
  • Insuficiente alimentación eléctrica para todos los lazos
  • Identificación incorrecta de cables y/o borneras
  • Errores en el conexionado eléctrico
  • Problemas de conexionado a tierra a todo lo largo del cableado

Ante una problemática generada por una indicación incorrecta, las posibles fuentes de error son cuantitativamente superiores para el caso de la instalación cableada respecto a su alternativa wireless. Independientemente del tamaño del site, los puntos a supervisar desde el propio transmisor hasta el DCS, en sistemas de comunicación físico, requerirán unos medios de personal, equipos y tiempo; probable superior al que la misma problemática generaría con un sistema wireless. Este segundo no está exento de requerimientos, pero tanto los elementos involucrados en la comunicación, así como las pruebas requeridas serán sensiblemente menores.

Consideraciones previas a la ejecución de una instalación wireless

Una vez se han decidido acometer una instalación wireless, resulta recomendable evaluar adecuadamente la zona sobre la que dicha infraestructura deberá trabajar. Aunque no es imprescindible dicho estudio, este tipo de instalaciones reclaman a sus gestores una alta fiabilidad que no puede quedar a expensar de problemáticas que surjan durante su ejecución. Un estudio de coberturas de radiofrecuencia permitirá al usuario disponer de una valiosa información sobre diferentes aspectos de su futura instalación tales como: área cubierta por la red, calidad de señal o capacidad de la misma. Este procedimiento puede plantearse como un simple test, o puede formar parte de un completo estudio de cobertura wireless que incluya, entre otros puntos:

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Análisis del espectro radioeléctrico.

- Análisis del espectro radioeléctrico de la zona

- Evaluación de los diferentes tipo de antenas disponible para la optimización de los resultados

- Verificación física de la ubicación de los puntos de acceso

- Comparativa con otras redes existentes

- Posible ubicación de equipos a integrar en la red

- Comprobación de que los equipos escogidos cumplen con los requisitos especificados por el cliente.

En algunos casos, estudios de cobertura posteriores a la implantación de la estructura wireless, han mostrado deficiencias que han repercutido en un menor servicio del esperado. Esta problemática aun siendo importante en cualquier proyecto, lo es más, si cabe, en aquellas instalaciones industriales donde una parte, o la totalidad de los equipos, deben ser ubicados en zonas con riesgo de explosión (Atex). Resulta evidente que los equipos, así como las intervenciones en este tipo de instalaciones, comportan costes superiores a los habituales. Un error o una ejecución poco desarrollada, puede significar una cantidad superior de equipos iniciales, o en caso de descubrir errores en el dimensionado posteriores al comisionado, segundas intervenciones con los consiguientes problemas a nivel de producción, seguridad, etc.

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Distribución de equipos en una red wireless.

Además de un adecuado estudio de cobertura, existen una serie de cuestiones que el usuario debe cumplimentar adecuadamente previo a la ejecución de la instalación

Necesidad de la aplicación y cualidades que se requieren

Una aplicación enfocada exclusivamente al tratamiento de instrumentación de campo, requiere características muy diferentes de las que exigiría, por ejemplo, una infraestructura para la monitorización de un sistema de video-vigilancia. Es evidente que el ancho de banda requerido por una cámara de video, es considerablemente superior al que unos transmisores de presión, por ejemplo, exigirían a la infraestructura wireless. El ancho de banda, la velocidad de transmisión, calidad del servicio, representan, entre otros, criterios en muchos casos serán críticos para una ejecución fiable.

Qué frecuencia de trabajo es la más óptima

Una red mesh utiliza típicamente frecuencias de 2,4 o 5 GHz. 2,4 GHz es también utilizada para IEEE802.11b/g, IEEE802.15.4 y comunicación ISA100. Otras formas de comunicación wireless utilizan frecuencias en rangos de 700 a 900 MHz. En función de la aplicación y la frecuencia de trabajo a utilizar, los requerimientos previos serán diferentes. Típicamente, cuanto mayor es la frecuencia, menos efectiva es y más atenuación sufre ante posibles obstáculos.

Área de cobertura planteada

Obviamente, cuanto menor es el área a cubrir, más simple es la estructura a diseñar, excepto casos de alta densidad de estructuras y tuberías que impidan la entrada de luz. Aunque los equipos de RF pueden ser aplicados en instalaciones industriales más o menos desordenadas, gracias a reflexiones, creando caminos múltiples o rebotando en objetos; el hecho de no tener una visión directa puede repercutir en una baja fiabilidad del sistema. En estos casos, se puede proponer alternativamente un aumento en la cantidad de antenas y localizaciones, con el fin mantener los requerimientos mínimos especificados para la instalación.

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Instalación insdustrial con requerimientos de comunicación wireless.

Coexistencia con otros sistemas wireless

La coexistencia actual o futura con otras infraestructuras wireless en una instalación industrial, es un factor importante a la hora de decidir el alcance del estudio de implantación a realizar. Resulta evidente que si la previsión a medio y largo plazo no incluye otra infraestructura inalámbrica más que la planteada en el proyecto, puede no ser necesario un estudio de cobertura detallado de todas las zonas involucradas. Si por el contrario se plantea con seguridad la existencia de otras redes y por lo tanto una alta densidad de información, será altamente recomendable ejecutar un estudio radioeléctrico y de cobertura muy detallado.

Interface entre la red wireless y un sistema superior (DCS)

Este punto depende en gran medida de la información que se ha planteado transmitir. Una red de transmisores de campo, requieren una ‘simple’ conectividad al DCS que se puede solventar mediante protocolos estándar de campo (Modbus por ejemplo). Si por el contrario nos planteamos una instalación mediante detectores de gases con conectividad wireless, que permiten el posicionamiento de personal en planta, a la vez que generan mapas de seguridad; el interface requerido será de una capacidad superior. En este segundo caso, también entrarían aplicaciones con sistemas de video-vigilancia para centralizar señales del circuito cerrado de televisión.

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Integración en SCADA de información wireless.

Valorando los diferentes puntos planteados anteriormente, los responsables de la nueva infraestructura wireless, han de disponer de suficientes marcadores para decidir si el proyecto requiere de un estudio pormenorizado de implantación; o por otro lado, unas simples pruebas de cobertura permiten asegurar un funcionamiento adecuado de la futura instalación.

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