WirelessHART
Introducción
La necesidad de automatización en la industria y los varios sectores asociase, en muchos aspectos, con la posibilidad de aumentar la velocidad de procesamiento de las informaciones, puesto que las operaciones son cada vez mas complejas y variadas. Ellas necesitan, pues, de un número muy grande de controles y mecanismos de regulación para posibilitar decisiones mas ágiles y, por lo tanto, aumentar los niveles de productividad y eficiencia del proceso productivo dentro de las premisas de excelencia operativa.
La automatización posibilita ahorro de energía, fuerza de trabajo y materias-primas, mejor control de calidad del producto, mejor utilización de la planta y aumenta la productividad y la seguridad industrial. En suma, la automatización de las industrias posibilita elevar los niveles de continuidad y control global del proceso con más eficiencia, acercar al máximo la producción real de la capacidad nominal fabril, reduciéndose al mínimo las horas paradas, de mantenimiento correctivo y la falta de materia-prima.
Además, el advenimiento de los sistemas basados en redes de campo y tecnología digital produjo varios beneficios en términos de mantenimiento y de aumento de la disponibilidad y seguridad operativas. Más aún, la automatización ultrapasa los límites de suelo de fábrica, continuando más allá del producto final, hacia fronteras más amplias: la automatización del negocio.
La solución completa debe proveer una metodología de gestión industrial transparente, a fin de garantizar que los esfuerzos encamínense hacia la meta establecida, facilitando la toma de decisiones en caso de cambios relevantes al desempeño de los indicadores o un desvío del planeado.
Usuarios y clientes deben pues estar atentos al eligir un sistema de automatización y control, definir el mismo según varios criterios, y que sea compatible con el avance tecnológico.
Cuanto más informaciones, mejor podrá operarse la planta, generar mas productos y obtener mejores resultados financieros. La información digital y los sistemas verdaderamente abiertos posibilitan colectar informaciones sobre los más distintos tipos y finalidades de una planta, de manera interoperable y jamás vista. En este sentido, la tecnología Fieldbus (Foundation fieldbus, Profibus, HART (WirelessHARTTM), DeviceNet, Asi, etc) puede transformar valiosos bits y bytes en una relación lucrativa, beneficiando también la calidad del sistema. No se debe preocupar apenas con el barramiento de campo, pero tener en cuenta los beneficios proporcionados por un sistema de automatización y control.
La revolución de la comunicación industrial en la tecnología de la automatización viene revelando formidable potencial en la optimización de sistemas de proceso y ha hecho importante contribución a la mejora del uso de recursos. La tecnología de la información ha sido determinante en el desarrollo de la tecnología de la automatización, cambiando jerarquías y estructuras en los recursos de los mas diversos ambientes industriales y sectores, desde las industrias de proceso y manufactura. La capacidad de comunicación entre dispositivos y el uso de mecanismos estandarizados, abiertos y transparentes son componentes indispensables en concepto industrial de la actualidad. La comunicación se viene expandiendo rápidamente en el sentido horizontal de los niveles inferiores (field levels), como también en el sentido vertical, integrando todos los niveles jerárquicos. Según las características de la aplicación y del costo máximo a atingirse, la combinación gradual de diferentes sistemas de comunicación brinda las condiciones ideales de redes abiertas en procesos industriales.
En seguida, veremos, brevemente, algunos detalles sobre la red WirelessHARTTM. Tendremos una serie de artículos sobre esta tecnología, mostrando el protocolo, sus mecanismos y ventajas. Sígalos en: https://www.smar.com/es/articulos-tecnicos
Redes inalámbricas
En los últimos años, la tecnología de redes inalámbricas pasó por grandes avances tecnológicos, lo que posibilita: seguridad, confiabilidad, estabilidad, autoorganización, bajo consumo, sistemas de supervisión de potencia y baterías de larga vida.
En términos de beneficios podemos mencionar, entre otros:
- la reducción de costos y la simplificación de las instalaciones
- la reducción de costos de mantenimiento debido a la simplicidad de las instalaciones
- monitoreo de locales de difícil acceso o expuestos a situaciones de riesgos
- escalabilidad
- integridad física de las instalaciones con menos probabilidad de daños mecánicos y eléctricos (ruptura de cables, cortocircuitos en al barramiento, ataques químicos, etc)
Actualmente en el mercado existen varias redes patentadas y algunas estándarizadas. Muchos protocolos se relacionan con las camadas superiores de la tecnología (ZigBee, WirelessHARTTM, ISA SP100) y el protocolo IEEE 802.15.4 (2006) para las camadas inferiores. El protocolo IEEE 802.15.4 define las características de la camada física y de control de acceso al medio a lasLR-WPAN (Low-Rate Wireless Personal Area Network).
La estandarización de las redes inalámbricas muestra que, aun existan diferencias, las normas se vuelven al estándar SP100 y WirelessHARTTM, de ISA y HCF(HART Foundation, el estándar adoptado actualmente para Foundation Fieldbus y Profibus). Vamos a comentar algo sobre el WirelessHARTTM.
WirelessHARTTM
La estructura de una red WirelessHARTTM está representada en el diagrama de la figura 1, cuya comunicación se hace a través de una puerta o gateway.
Consecuentemente, esta puerta tiene que tener la funcionalidad de un roteador de paquetes a un destino específico, tal como instrumento de la red, aplicación hospedera o administrador de red. El Gateway usa el estándar HART de comandos para comunicar con los dispositivos de la red y aplicaciones hospederas (host applications).
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Figura 1 – Estructura de uma red WirelessHARTTM
El WirelessHARTTM integra el HART 7, El primer estándar abierto de comunicación inalámbrica desarrollado específicamente para cumplir con las necesidades de la industria de proceso.
Funciona en la frecuencia de 2.4 GHz ISM usando el Time Division Multple Access (TDMA) para sincronizar la comunicación entre los varios equipos de la red. Toda la comunicación se realiza dentro de una fracción de tiempo de 10ms. Fracciones de tiempo (spots) forman una superestructura (superframe).
El WirelessHARTTM soporta llaveado de canales (channel hopping) a fin de evitar interferencias y reducir los efectos del desvanecimiento de múltiplas trayectorias (multipath fading). El protocolo HART fue elaborado con base en el estrato 7 del protocolo OSI.
La introducción de la tecnología inalámbrica trajo dos nuevos estratos de Enlace de Datos (Data Link): token-passing y TDMA. Ambas soportan el estrato de aplicación HART.
En la figura 2 vemos el primer controlador HSE (High Speed Ethernet) WirelessHARTTM . Es un controlador SMAR que introduce en el mercado una innovación más: un controlador con tecnología digital abierta e integrable en sistemas basados en HSE.
Una red de comunicación WirelessHARTTM se estructura en lazos en que cada sensor funciona como un router o como un repetidor. Así, el alcance de una red no depende solo de un gateway central, lo que posibilita configurar una amplia estructura de red distribuida. Es una manera inteligente de garantizar que el sistema reajusta y logre rotas alternativas en situaciones puedan causar la interrupción de un camino de comunicación, aumentando y asegurando la disponibilidad de la red.
El WirelessHARTTM adopta una arquitectura que utiliza una red “Mesh” basada en el estándar El IEEE 802.15.4 funcionando en la banda de 2,4 GHz. Los radios usan el método de DSSS (difusión espectral con secuenciación directa) o el salto de canales FHSS (Spread Spectrum de salto de frecuencia) para comunicación segura y confiable y también como comunicación sincronizada entre los dispositivos de la red a través de TDMA (Time Division Multiple Access).
La redes “Mesh” permiten que los nudos de la red comuniquen entre ellos estableciendo caminos redundantes hasta la base, aumentando la confiabilidad, pues si un camino esté bloqueado puede haber rutas alternativas para que el mensaje llegue hacia su destino final. Este tipo de red también posibilita escalabilidad simplemente adicionando más nudos o repetidores en la red. Otra característica es que cuanto mas grande la red, mejor será la confiabilidad porque más caminos alternativos se criaran automáticamente.
Una red WirelessHARTTM posee tres dispositivos principales:
- Wireless Field devices: equipos de campo
- Gateways: posibilitan la comunicación entre los equipos de campo y las aplicaciones de control
- Network Manager: responsable por la configuración de la rede, supervisión de la comunicación entre los dispositivos, caminos de comunicación y monitoreo del estatus de la red. El Network Manager puede integrarse en un Gateway, aplicación del host o en un controlador de proceso.
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Figura2 – Sistema Inalámbrico con el DF100 (Controlador HSE -WirelessHARTTM).
Figura 3 – SYSTEM302, sistema abierto basado en redes digitales.
Conclusión
El factor y la innovación tecnológicos son responsables por la ruptura o el perfeccionamiento de las técnicas de medición y control. Puede, así, generar ganancias en términos de competitividad. La ruptura con la tecnología convencional será una cuestión de tiempo. Eso va a ampliar las posibilidades de suceso con la demanda del mercado por innovación, en este caso, los sistemas verdaderamente abiertos (figura 3 https://www.smar.com/es/system302) basados en redes industriales, conectividad Wireless y las demás ventajas en comparación con los SDCDs convencionales.
El cambio del control de proceso de la tecnología 4-20mA por redes digitales y sistemas abiertos ya se encuentra en una etapa de madurez tecnológica y de beneficios a los usuarios. Este cambio se considera como un proceso natural demandado por los nuevos requisitos de calidad, confiabilidad y seguridad del mercado. Su utilización trae una ventaja competitiva, en el sentido de que esa nueva tecnología crea aumentos de productividad a través de la reducción de las variabilidades de los procesos y la reducción del tiempo de indisponibilidad de los lazos de control.
Aguarden los próximos artículos sobre elWirelessHARTTM.
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