RESUMEN
Los sistemas de adquisición de datos en la actualidad han tenido un relevante protagonismo en el control y supervisión de procesos industriales. Debido al creciente y sostenido desarrollo de la industria, se ha puesto de manifiesto el considerable interés en el desarrollo de técnicas de control que conlleven a la automatización y supervisión de cualquier proceso. Así aparece el concepto en la industria, de sistemas de manufactura automatizada, que se refiere específicamente, a la interconexión dentro de un sistema de estaciones procesadoras de material, capaces del procesamiento automático de una gran variedad de partes, trabajando de manera simultánea y bajo la supervisión de un computador. Este trabajo propone implementar un sistema de adquisición de datos remoto empleando como medio de transmisión un equipo radio transceptor con tecnología Packet Radio. Los elevados costos que implica la utilización de la línea telefónica y la limitación que presenta el uso de la llamada conexión de tipo cableada ( harwired) cuando se requiere cubrir grandes distancias, hace que la tecnología de transmitir datos vía radio sea una solución confiable y de bajo costo.
1 .INTRODUCCIÓN
Este trabajo esta orientado específicamente, al uso de un sistema de adquisición de datos vía radio utilizando Packet Radio como medio de comunicación. En el desarrollo de este trabajo se pretende dar una breve explicación de los tópicos necesarios para realizar adquisición de datos en forma remota utilizando equipos con tecnología Packet Radio. En el sistema implementado se establece el control del puerto serial a través de un programa de comunicación desarrollado en Visual Basic, lo que permite establecer un protocolo de comunicación acorde con las exigencias del problema que se establezca dentro de un proceso industrial.
2. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA
Se quiere implementar una aplicación donde se pueda transmitir una información resultado de un sistema de adquisición de datos basado en el uso de computadoras que permita supervisar y controlar a distancia un proceso o instalación de cualquier tipo, con la utilización de equipos de radio, para obtener en tiempo real una representación del proceso de manera gráfica, fácil de entender y con indicaciones que llamen la atención en caso de requerir la intervención del hombre.
3. MATERIALES Y METODOS PARA EL DESARROLLO DEL SISTEMA
3.1. MATERIALES UTILIZADOS PARA EL DESARROLLO DEL SISTEMA
Los equipos utilizados para establecer la transmisión de datos punto a punto son los siguientes:
.Dos equipos de radio transceptor marca YAESU, modelo FT227-R
.Dos modems especializado o TNC marca KANTRONICS del tipo TNC2, modelo KPC2.
.Dos equipos terminales o computadoras, con puerto serial RS232.
.Dos antenas ajustada a la frecuencia de operación en la banda VHF (147.5 MHz).
.Dos fuentes de alimentación 12V, 5A
.Una tarjeta de adquisición de datos, National Instrumenst, modelo ATMIO-16F5,con 16 canales de tipo diferencial y 8 canales simples, con una rata de muestreo de 200 kmuestras/s con conexión mediante el bus-ISA.
3.2. METODOLOGIA PARA IMPLANTAR EL SISTEMA PROTOTIPO.
3.2.1. PACKET RADIO.
La tecnología Packet Radio comprende la transmisión de datos vía radio, en forma de paquetes. El sistema permite establecer un dialogo escrito en pantalla entre dos o más usuarios, además de la transmisión de archivos entre ordenadores, por medio de protocolos de transmisión de datos como AX25 y TCP/IP.
Se puede configurar un sistema de este tipo haciendo uso de un computador, un equipo de radio (transmisor-receptor) con una antena adecuada y calibrada para tal propósito y un controlador de nodo (TNC), que es un modem especial que cumple con la función de interfaz entre el computador y el equipo de radio.
El Packet Radio permite que existan muchas estaciones en la misma frecuencia y además se pueden enviar varios paquetes en un mismo canal a diversos usuarios sin que se presente interferencia entre ellos. Cada paquete contiene una dirección de origen, la dirección de destino y la ruta existente entre las dos estaciones enlazadas.
Para establecer un Packet Radio básico se puede utilizar cualquier equipo terminal de tratamiento de datos (terminal, ordenador o equipo informático), con el requerimiento de poseer una salida RS232, no es imprescindible que el equipo posea unidad de disco duro, en este caso se hace necesario que se cuente con una unidad periférica de almacenamiento de datos.
Existen programas en el mercado que pueden emular un computador como equipo terminal, estos programas están orientados para ser utilizados con líneas telefónicas y donde ciertas funciones específicas del tráfico de Packet no están implementadas. No obstante se han desarrollado programas terminales específicamente orientados al Packet radio, tales como : Pacpro de southerm, pcpacket de kalt&associates, yapp de jeff jacobsen y el jnos entre otros.
El sistema transceptor de radio se basa en un modelo general en el cual cada punto a enlazar dispone de un transmisor y un receptor,y donde la información viaja en forma de ondas electromagnéticas. El sistema puede operar en las bandas de frecuencias ( HF,VHF,UHF o BANDAS DE MICROONDAS ).
Para establecer un Packet radio frecuentemente se utiliza un transceptor de FM (frecuencia modulada), tradicional para la banda de 2 m. El TNC o equipo terminal controlador de nodo, es un módem que recibe los datos en forma de paquetes fragmentados, convirtiendo o transformando la información precedente del computador en tonos AFSK para la transmisión y viceversa, para esto él hace uso de un software especializado para el control de las transmisiones entrada y salida.
Su conexión física con el computador se establece bajo el puerto de comunicación serial o puerto RS232. La velocidad de transmisión de un TNC se evalúa en bits/segundo, la velocidad debe ser ajustada de manera similar para el transmisor como para el receptor.
Existen tres modos de operación en un TNC, se tiene, el modo de operación Normal, el modo Kiss y el modo Host.
Bajo el modo Normal se puede iniciar y finalizar conexiones enviar y recibir mensajes o correos, servir de repetidor a otra estación, etc. El TNC puede funcionar en un solo canal (half duplex) o en dos canales (full duplex).
Las antenas que se pueden utilizar varían según los requerimientos de la banda en que se quiera establecer la comunicación. El tamaño de la antena depende básicamente de la banda de operación, a medida que se opere en frecuencias altas en esa medida el tamaño y el costo de la antena disminuye relativamente. El tipo de antena que se use afecta el rendimiento del equipo de radio.
3.2.2 CONEXIÓN ENTRE EL EQUIPO TERMINAL Y EL TNC.
Para establecer una comunicación de datos seriada entre el equipo terminal de datos (DTE) y un equipo comunicador de datos (DCE), es necesario utilizar una interfaz regulada por las normas EIA RS-232C o V24 del CCITT. El computador o equipo terminal de datos posee como salida para el puerto serial RS232, un conector DB25 macho, mientras el conector del equipo comunicador de datos del TNC es un conector DB25 hembra.
3.2.3. CONEXIÓN ENTRE EL TNC Y EQUIPO TRANSCEPTOR DE RADIO.
La conexión entre el TNC y el radio, necesita:
3.3. INTERFAZ DE PROGRAMACIÓN BAJO AMBIENTE WINDOWS.
El programa desarrollado establece una aplicación para el control de una variable física en tiempo real, el cual, inicialmente comprende todo lo referente a la apertura del puerto de comunicación, es decir, velocidad de transmisión, bits de paridad, puerto de comunicación, protocolo usado y tiempos de sincronización.
El paso siguiente establece la forma de comprender la comunicación con los comandos propios del TNC.
Para la adquisición de datos es de vital importancia realizar un control del buffer en el transmisor, para luego mediante una orden donde se establece la conexión proceder a enviar datos. En el receptor se establece como acondicionar cada dato contenido en el buffer para luego representarlo y poder hacer uso de otros mecanismos de representación, como lo es el gráfico.
Dentro del programa existen instrucciones de tipo automático para desconectar y conectar los equipos al proceso, así como, un control de tiempo para la transmisión y recepción, de manera de poder cumplir con un muestreo de la variable del proceso en tiempo real.
3.3.1.FUNCIONAMIENTO BÁSICO PARA ESTABLECER UNA TRANSFERENCIA DE DATOS BAJO UNA CONEXIÓN PACKET RADIO.
Procedimiento:
. Implementar un sistema de adquisición de datos, es decir, (TNC, computador , equipo de radio y la tarjeta de adquisición de datos).
.Establecer la variable o proceso a controlar.
.Predeterminar la frecuencia de operación.
.Ajustar el canal de radio (receptor/transmisor), esto implica, ajustar con los equipos de radio la comunicación de voz y asegurarse de que no exista sobremodulación, antes de cualquier conexión con los TNC.
.Realizar las conexiones entre los diferentes equipos que soporta el sistema.
.Verificar la velocidad de operación, puerto de salida, paridad y número de bits, tanto en el computador como en el TNC.
.Determinar con que protocolo se quiere establecer la comunicación, en caso de utilizar el protocolo TCP/IP, es necesario colocar el TNC en modo de operación KISS y ejecutar programas fuentes en MS DOS o bajo windows, como por ejemplo, el JNOS,YAPP,etc.En caso de usar un protocolo diferente es necesario crear o instalar un drivers que se adapte a las necesidades del sistema y colocar al TNC en modo de operación Comando o Normal.
Para el sistema desarrollado se utiliza el TNC en modo Normal.
.Al trabajar en modo de operación Normal, es necesario utilizar los comandos de identificación del TNC y colocar un nombre especifico para cada máquina o computador.
.Cuando se ejecuta el comando que establece la conexión, se debe verificar el tono de emisión y recepción, donde se debe activar el TNC que se encuentra recibiendo.
. Si la comunicación resulta la esperada, se presenta un mensaje donde se expresa que la estación se ha conectado.
.Ajustar el software para las exigencias del proceso.
4. RESULTADOS.
Mediante este sistema se pudo implementar el control y supervisión de un proceso de medición de temperatura de manera remota, con el objeto de objeto de supervisarlo. El sistema implementado se muestra en la figura 2.
Como se puede observar en la figura 2, el flujo de información se puede describir de la siguiente manera: el fenómeno físico lo constituye la medición de temperatura ambiente. Este fenómeno debe traducirse a una variable que sea inteligible para el sistema, es decir, una variable de tipo eléctrico, estableciéndose el acondicionamiento de la señal, a través de la tarjeta de adquisición de datos, esta información es procesada y supervisada por el computador PC1, donde se muestrea la variable y se establece la comunicación para transmitir la información que es transferida por el equipo comunicador de datos TNC1, encargado de realizar la interfaz entre el PC1 y el equipo transceptor de RADIO1, el cual envía la información en forma de ondas electromagnéticas a través de la antena transmisora. De forma análoga, es procesada la información por todo el sistema de recepción (antena RX, RADIO 2, TNC 2),siendo procesada y mostrada en el PC2, la cual es utilizada para su análisis y para la toma de decisiones.
La interfaz o protocolo se realizo bajo Visual Basic, versión 6.0, donde se representa de manera gráfica el comportamiento de cada una de las variables y su tendencia en tiempo real, así como también presenta la monitorización de los elementos que conforman la comunicación.
5. CONCLUSIONES.
En este trabajo se obtiene de manera sencilla, una visión generalizada del uso y soporte del Packet radio para la puesta en funcionamiento de una adquisición de datos en forma remota.
Se pudo constatar que se puede implementar cualquier control y supervisión de un proceso en la industria, haciendo uso del puerto serial RS232, siempre y cuando se estipule de forma conveniente un programa acorde con las exigencias del proceso.
Se puede establecer para el sistema de control de un proceso industrial o laboral, factores implicantes tales como el factor económico, el factor referente a la velocidad de transmisión, donde se ha de tener presente que no se implementa la red más rápida, sino la red que cubra las necesidades de velocidad del proceso, el factor seguridad, que denota la vital importancia de contar con un proceso automatizado que posea certificación con respecto a la normativa de seguridad, para que ningún tipo de perturbación inhiba su correcto funcionamiento.
6. BIBLIOGRAFÍA.
1.AUTOMATAS PROGRAMBLES, Josep Balcell.
2.AX.25, V2.0, TUCSON AMATEUR PACKET RADIO LINK-LAYER PROTOCOL. Version 2.0, October 1989.
3.MANUAL DE REFERNCIA. KPC, Kantronic, Version 5.0, Julio 1992.
4.CONTROL BASADO EN PC Y SCADA, Montejo Ráez Miguel, 1998.
7. AGRADECIMIENTO.
A la Universidad de Los Andes, en especial a los Laboratorios de Comunicaciones y de Investigación y Desarrollo en Automatización e Instrumentación de la Facultad de Ingeniería.