Com encertar en la implementació d'una infraestructura wireless?

El primer repte al que s'enfronta un gestor de projectes interessat a implantar una xarxa wireless, és el d'argumentar adequadament la seva decisió, enfront de l'alternativa, sempre existent, d'utilitzar cablejat convencional. Existeixen diferents qüestions de caràcter tant tècnic com a econòmic que poden inclinar la balança en un o un altre sentit.

Una vegada la decisió és ferma i l'opció sense fil és l'escollida, resulta imprescindible una avaluació precisa i detallada de la zona sobre la qual s'ha plantat executar aquesta instal·lació.

A l'hora de plantejar la necessitat de desenvolupar una infraestructura sense fil, una de les principals qüestions a la qual s'enfrontarà el responsable del projecte, serà l'estudi comparatiu del sistema wireless enfront de la instal·lació convencional mitjançant cablejat físic. Els costos d'instal·lació són el primer factor que apareixerà en les discussions preliminars, encara que existeixen altres relacionats directament amb requisits i factors exclusivament tècnics, tals com la criticidad del senyal a transmetre, el temps d'actualització de la mesura o la tipologia d'informació transmesa.

- Costos d'instal·lació. En aquest punt cal ressenyar que els instruments de camp amb opció wireless disposen, habitualment, de costos superiors als seus homòlegs amb cablejat directe. En molts casos, i de manera errònia, es tendeix a realitzar una mera comparativa entre els preus dels equips, considerant, únicament, un factor de correcció que permet compensar els costos propis del cable a utilitzar. Un estudi més detallat, permet treure a la llum partides a valorar, que poden compensar aquesta desigualtat inicial, fent que la diferència es redueixi considerablement. Els costos associats a infraestructura per al cablejat (safates, caixes d'interconnexió, etc.), així com per al propi muntatge (andamiaje, permisos de treball per a zones perilloses, etc.); poden representar en molts casos un percentatge del pressupost final, superior al dels propis equips. Resulta necessari un estudi detallat, no només del cost dels equips, sinó també dels materials i serveis addicionals requerits per a ambdues tipologies.

- Criticidad del senyal. Donada la relativament poca experiència que acumulen els sistemes de comunicació sense fil en determinats sectors industrials, genera una certa reticència la possibilitat d'implementar rutina de control en sistema wireless. El temor o incertesa davant una possible fallada en el sistema de comunicació, provoca que en molts casos els responsables de donar llum verda a l'execució d'aquests projectes, optin per enfocar el sistema a senyals de caràcter indicatiu i no executiu. Aquesta decisió se sol prendre amb l'objectiu de preservar els llaços de control de possibles fallades no desitjats o ingerències externes. No obstant això, d'una banda, molts dels sistemes actuals de comunicació sense fil, disposen de nivells d'encriptacions que asseguren una comunicació segura. D'altra banda, existeixen topologies capaces de gestionar el senyal transmès per diferents canals simultàniament, fet que assegura una suficient redundància en la transmissió.

- Costos d'implantació de noves tecnologies de comunicació. Encara que en l'actualitat encara gran part de les instal·lacions aposten per la solucions que inclouen senyals analògics 4-20 dt., no és menys cert que la possibilitat de disposar de protocols de comunicació seriï (Modbus, Fieldbus Foundation, Profibus, etc.) han permès una evolució cap a equips Smart. El concepte Smart aprofundeix en les possibilitats d'incrementar significativament les capacitats de configuració i connectivitat dels instruments de camp. No obstant això, aquest gran ventall de possibilitats que emergeixen amb les noves generacions de transmissors, queden, en molts casos, sense execució donats els costos d'instal·lació. Això és a causa de la impossibilitat, en la majoria de casos, de poder aprofitar les infraestructures existents, ja que aquestes han estat dissenyades i dimensionadas per a equipaments analògics. La tecnologia wireless dóna resposta a la requisición d'un sistema ràpid i econòmic d'implantar transmissors intel·ligents en plantes on ja existeixin equips comunicats sobre una xarxa analògica.

- Costos de supervisió i manteniment. El loop 4-20 dt. es pot veure afectat per diferents problemàtiques tals com:

• Acumulació d'aigua o humitat en conductors
• Problemes d'humitat en prensaestopas i caixes intermèdies
• Corrosió sobre borneras per efectes mediambientals
• Insuficient alimentació elèctrica per a tots els llaços
• Identificació incorrecta de cables i/o borneras
• Errors en el conexionado elèctric
• Problemes de conexionado a terra a tot el llarg del cablejat

Davant una problemàtica generada per una indicació incorrecta, les possibles fonts d'error són quantitativament superiors per al cas de la instal·lació cablejada respecte a la seva alternativa wireless. Independentment de la grandària del site, els punts a supervisar des del propi transmissor fins al DCS, en sistemes de comunicació físic, requeriran uns mitjans de personal, equips i temps; probable superior al que la mateixa problemàtica generaria amb un sistema wireless. Aquest segon no està exempt de requeriments, però tant els elements involucrats en la comunicació, així com les proves requerides seran sensiblement menors.

Una vegada s'han decidit escometre una instal·lació wireless, resulta recomanable avaluar adequadament la zona sobre la qual aquesta infraestructura haurà de treballar. Encara que no és imprescindible aquest estudi, aquest tipus d'instal·lacions reclamen als seus gestors una alta fiabilitat que no pot quedar a expensar de problemàtiques que sorgeixin durant la seva execució. Un estudi de cobertures de radiofreqüència permetrà a l'usuari disposar d'una valuosa informació sobre diferents aspectes de la seva futura instal·lació tals com: àrea coberta per la xarxa, qualitat de senyal o capacitat de la mateixa. Aquest procediment pot plantejar-se com un simple test, o pot formar part d'un complet estudi de cobertura wireless que inclogui, entre altres punts:

- Anàlisi de l'espectre radioelèctric de la zona

- Avaluació dels diferents tipus d'antenes disponible per a l'optimització dels resultats

- Verificació física de la ubicació dels punts d'accés

- Comparativa amb altres xarxes existents

- Possible ubicació d'equips a integrar a la xarxa

- Comprovació que els equips escollits compleixen amb els requisits especificats pel client.

En alguns casos, estudis de cobertura posteriors a la implantació de l'estructura wireless, han mostrat deficiències que han repercutit en un menor servei de l'esperat. Aquesta problemàtica àdhuc sent important en qualsevol projecte, ho és més, si cap, en aquelles instal·lacions industrials on una part, o la totalitat dels equips, han de ser situats en zones amb el risc d'explosió (Atex). Resulta evident que els equips, així com les intervencions en aquest tipus d'instal·lacions, comporten costos superiors als habituals. Un error o una execució poc desenvolupada, pot significar una quantitat superior d'equips inicials, o en cas de descobrir errors en el dimensionament posteriors al comissionat, segones intervencions amb els consegüents problemes a nivell de producció, seguretat, etc.

A més d'un adequat estudi de cobertura, existeixen una sèrie de qüestions que l'usuari ha d'emplenar adequadament previ a l'execució de la instal·lació

Una aplicació enfocada exclusivament al tractament d'instrumentació de camp, requereix característiques molt diferents de les quals exigiria, per exemple, una infraestructura per al monitoratge d'un sistema de video-vigilància. És evident que l'ample de banda requerit per una càmera de video, és considerablement superior al que uns transmissors de pressió, per exemple, exigirien a la infraestructura wireless. L'ample de banda, la velocitat de transmissió, qualitat del servei, representen, entre uns altres, criteris en molts casos seran crítics per a una execució fiable.

Una xarxa mesh utilitza típicament freqüències de 2,4 o 5 GHz. 2,4 GHz és també utilitzada per IEEE802.11b/g, IEEE802.15.4 i comunicació ISA100. Altres formes de comunicació wireless utilitzen freqüències en rangs de 700 a 900 MHz. En funció de l'aplicació i la freqüència de treball a utilitzar, els requeriments previs seran diferents. Típicament, com més gran és la freqüència, menys efectiva és i més atenuació sofreix davant possibles obstacles.

Òbviament, quant menor és l'àrea a cobrir, més simple és l'estructura a dissenyar, excepte casos d'alta densitat d'estructures i canonades que impedeixin l'entrada de llum. Encara que els equips de RF poden ser aplicats en instal·lacions industrials més o menys desordenades, gràcies a reflexions, creant camins múltiples o rebotant en objectes; el fet de no tenir una visió directa pot repercutir en una baixa fiabilitat del sistema. En aquests casos, es pot proposar alternativament un augment en la quantitat d'antenes i localitzacions, amb la fi mantenir els requeriments mínims especificats per a la instal·lació.

La coexistència actual o futura amb altres infraestructures wireless en una instal·lació industrial, és un factor important a l'hora de decidir l'abast de l'estudi d'implantació a realitzar. Resulta evident que si la previsió a mitjà i llarg termini no inclou una altra infraestructura sense fil més que la plantejada en el projecte, pugues no ser necessari un estudi de cobertura detallat de totes les zones involucrades. Si per contra es planteja amb seguretat l'existència d'altres xarxes i per tant una alta densitat d'informació, serà altament recomanable executar un estudi radioelèctric i de cobertura molt detallat.

Aquest punt depèn en gran mesura de la informació que s'ha plantejat transmetre. Una xarxa de transmissors de camp, requereixen una ‘simple’ connectivitat al DCS que es pot solucionar mitjançant protocols estàndard de camp (Modbus per exemple). Si per contra ens plantegem una instal·lació mitjançant detectors de gasos amb connectivitat wireless, que permeten el posicionament de personal en planta, alhora que generen mapes de seguretat; l'interface requerit serà d'una capacitat superior. En aquest segon cas, també entrarien aplicacions amb sistemes de video-vigilància per centralitzar senyals del circuit tancat de televisió.

Valorant els diferents punts plantejats anteriorment, els responsables de la nova infraestructura wireless, han de disposar de suficients marcadors per decidir si el projecte requereix d'un estudi detallat d'implantació; o d'altra banda, unes simples proves de cobertura permeten assegurar un funcionament adequat de la futura instal·lació.