Las comunicaciones wireless en áreas peligrosas

Las comunicaciones wireless tienen gran potencial en las industrias de procesos químicos porque evitan la costosa instalación de cables y permiten la implementación de nuevas aplicaciones.

En la mayoría de los casos, la fiabilidad y disponibilidad son cuestiones fundamentales en este tipo de procesos.

Un impedimento que a menudo se ha citado como límite para las soluciones wireless es la energía. En realidad, muchas aplicaciones de proceso excluyen las soluciones inalámbricas sin llevar a cabo una valoración detallada.

Al mismo tiempo, hay un rango de funciones auxiliares que pueden realizarse hoy en casi cualquier planta utilizando comunicaciones inalámbricas. En estos casos, la energía no es un obstáculo insuperable debido a que los requerimientos de energía son lo bastante bajos como para mantener la vida de la batería por cinco o más años.

Tampoco debe excluirse el uso de energía cableada automáticamente. En plantas existentes, las fuentes de energía están en cada esquina así que el coste del cableado no es tan significativo como el coste del cableado por las señales de control en sí mismas.

Una rutina típica en plantas de proceso identificará las áreas de aplicación auxiliares donde estas instalaciones pueden ser beneficiosas. Una vez se dispone de una tecnología inalámbrica para alguno de estos propósitos, los usuarios se enfrentan con varias soluciones para elegir entre las actuales implementaciones.

También hay consideraciones de seguridad adicionales para aplicaciones en áreas peligrosas. Todos estos aspectos se discutirán para permitir a los usuario hace su elección informados.

ÁREAS DE APLICACIÓN DE LA TECNOLOGÍA WIRELESS

Cadena de suministro y logística

Las soluciones logísticas del estado del arte dependen de sistemas que adquieren datos del flujo de mercancías con el grado de precisión más alto posible, y preferiblemente en el instante en el que se extraen o rellena stock. En el CPI, muchas materias primas y productos se transportan en contenedores tales como bidones, depósitos o contenedores a granel intermedios. La mayoría de los contenedores se marcan con etiquetas de código de barra o identificación de radio-frecuencia (RFID). La adquisición de información RFID es una aplicación de modelo obvio para tecnología inalámbrica. Sin embargo, la mayoría de los depósitos de lectura usados para estos propósitos son terminales manejados a mano con cable que facilitan la operación. Los dispositivos de radio portátiles son capaces tanto de adquirir datos como de pasarlos vía wireless a servidores MES (manufacturing execution system) y ERP (Enterprise resource planning).

Las etiquetas RFID se espera que incrementen su presencia en la industria de procesos químicos debido a su fiabilidad y ventajas de seguridad. Entre las ventajas de RFID sobre los códigos de barra podemos destacar que pueden leerse aunque estén manchados. Además, hay otras características convenientes que soluciones previas no pueden proporcionar. Por ejemplo, pueden escribirse datos más de una vez y es posible adquirir varias etiquetas al mismo tiempo.

Supervisión y mantenimiento

Cualquiera que trabaje en el campo del mantenimiento se beneficiará de usar dispositivos portátiles con una conexión a un sistema de gestión central, ya que haciendo esto se permite la optimización de rutinas y medidas próximas. Por ejemplo, las instrucciones de mantenimiento pueden ser enviadas inmediatamente porque toda la información puede proyectarse con un dispositivo manual que da servicio cuando se necesita.

Gestión de activos y de seguridad

Usando transmisión de radio, sistemas de cámaras o sensores en puntos de medición – por ejemplo en estaciones de bombeo – pueden integrarse en el concepto de interface máquina – humano a bajo coste y puede ser fácilmente mostrado donde se necesite. Mientras las señales de proceso son absolutamente necesarias para asegurar un control apropiado de la planta, un host de otro valor medido puede ser útil sólo para mejoras operativas o para prevenir el mantenimiento. La transmisión por radio es una buena alternativa para tales señales no solamente si son particularmente difíciles de adquirir en cualquier otro modo, sino, más ampliamente, para cualquier clase de datos de gestión de activos no críticos.

HART communications es el método más comúnmente usado para propósitos de optimización de procesos y propósitos similares. Las soluciones wireless son bien convenientes para la demanda creciente de gestión de activos de alto nivel. Hay buenos motivos para incrementar su importancia en la industria de procesos: información viva sobre el estado de corriente del equipo de producción en una planta con tanto detalle como sea posible y ello da al staff un mejor medio para anticipar fallos en planta y ajustar los intervalos de mantenimiento para las necesidades actuales.

NETWORKING OPTIONS

Cualquier función puede permitirse pero todas las instalaciones requieren una minuciosa planificación, que comienza con la definición de los requerimientos de la red wireless. Tienen que ser considerados un amplio rango de aspectos, incluyendo ancho de banda, movilidad, requerimientos de hardware en tiempos de transmisión de señales en tiempo real, sistema de encriptado, demandas de tecnologías de la información y así sucesivamente.

Wireless LAN

Todas las tecnologías de radio actualmente disponibles en el mercado tienen ventajas y desventajas específicas. Es de valor notar, sin embargo, que las soluciones más ampliamente usadas se han originado en el sector TI y no son desarrollos genuinos para aplicaciones industriales. Wireless LAN (redes de área local) es el punto más destacado. En un ambiente industrial, Wireless LAN (WLAN) es bastante conveniente para ser utilizada en equipos portátiles como scanners de códigos de barra o dispositivos HMI portátiles. Proporciona un mayor ancho de banda (para IEEE 802.11b.11 Mbit/s, o IEEE 802.11g, 54 Mbit/s) y está diseñado para la transmisión de protocolos basados en Ethernet. Es importante tener en mente, que la mayoría de las aplicaciones en las plantas de químicas de proceso requiern anchos de banda en el rango 100 – 500 kbit/s.

En una red WLAN, un cliente de acceso, tal como un PDA, puede moverse de un punto a otro sin ninguna interrupción en la transmisión. Esto significa que los usuarios que transportan dispositivos portátiles pueden moverse libremente alrededor del sitio sin perder sus conexiones a la red. El estado del arte de los sistemas WLAN también aseguran el manejo de datos seguros, al contrario que versiones anteriores, que solo dependen de Wired Equipment Privacy (WEP), original WLAN, métodos de encriptación desfasados que son fáciles de romper por fuerza bruta.

GPRS en redes GSM públicas

La tecnología General Packet Radio Service (GPRS) permite la transferencia de paquetes de datos en las redes de radio públicas que fueron originalmente construidas para comunicaciones de voz de teléfonos móviles, y desde entonces se han ido potenciando con otras transferencias de datos. GPRS es, por ejemplo, la base de la popular tecnología Blackberry. En las plantas de procesos industriales, entre otras las químicas, el servicio puede usarse para proporcionar funciones de control remoto y mantenimiento en estaciones de bombeo, parques de tanques remotos, bombas centrífugas, compresores y otras máquinas. Distinto a WLAN, GPRS opera en un rango de frecuencias bajo licencia, por lo que ocurren menos interferencias en la conexión de radio en las bandas de frecuencia usadas por otros estándar de comunicaciones inalámbricas.

Bluetooth

Bluetooth no proporciona un ancho de banda que pueda compararse con el rendimiento de la red WLAN, aunque recientes sistemas alcanzan tasas de conversión de hasta 2 Mbit/s. Además, debido a sus modos de comunicación síncrono, Bluetooth proporciona una base muy buena para aplicaciones en tiempo real. Una característica clave del Bluetooth es el esquema frequency hoping spread spectrum (FHSS), que hace esta tecnología menos susceptible a las interferencias que WLAN.

WirelessHART e ISA 100.11a

WirelessHART e ISA 100.11a son normas dedicados a las redes de sensores en las plantas de procesos químicos. Ambas normas tienen por objeto conectar dispositivos de campo de varios vendedores en una red. La estructura de red puede ser punto-a-punto, en forma de estrella o malla.

Bibliografía: Wireless Communication in Hazardous Areas. Chemical Engineering May 2010