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En mi afán de aportar algo constructivo al sitio, he decidido crear una serie de posts sobre interfaces de comunicación industrial, de forma sintetizada y apoyado en recursos visuales, para que cualquier usuario pueda comprender cómo se comunican los dispositivos hoy en día.
Visita las otras entregas de este post
Parte 1: Introducción (click en la imagen para acceder al post)
Parte 2: Principios de comunicación inalámbrica (click en la imagen para acceder al post)
Parte 3: Diseño de enlaces inalámbricos
A partir de las técnicas de radio difusión comercial de voz que vieron en el post anterior, se crearon muchos enlaces de radiofrecuencia o microondas para transmitir datos industriales. Esto representó una gran ventaja para las plantas cuyos centros de control se encontraban instalados a grandes distancias (generalmente mayores a 20km, pero como les mencioné,
también se necesita considerar la topografía del terreno y otros factores).
también se necesita considerar la topografía del terreno y otros factores).
Los centros de datos de mayor redundancia suelen tener instalaciones en varios países; por lo general el control y monitoreo de todos los sistemas se puede realizar desde un solo punto
Una condición básica que se debía cumplir desde un inicio,
era tener disponible una línea de vista, por lo que se levantaron torres para sujetar las antenas y así surgieron los primeros sistemas SCADA que empleaban únicamente técnicas analógicas.
era tener disponible una línea de vista, por lo que se levantaron torres para sujetar las antenas y así surgieron los primeros sistemas SCADA que empleaban únicamente técnicas analógicas.
Un enlace con línea de vista implica también dejar libre la denominada "zona de Fresnel". Más adelante vamos a retomar ese punto. La imagen es solamente una referencia, recuerden que se puede transmitir a distancias mayores.
Los elementos más relevantes que deben ser considerados en un radio enlace punto a punto son los siguientes:
- Transmisor
- Antenas
- Salto de radio (longitud del salto)
- Receptor
Hay una demostración usando logaritmos para obtener la potencia del lado del receptor. Esa demostración concluye que la potencia del receptor es igual a:
Es importante considerar que hasta 1km de altura, el índice de refracción disminuye con la altura de forma constante (porque la temperatura, presión y humedad cambian a medida que subimos). Es por eso que el gradiente de refracción disminuye en la misma proporción, provocando que el rayo irradiado desde la antena transmisora tenga una trayectoria curva hacia la receptora.
El espacio libre CL se define como la distancia entre el rayo irradiado y la tierra. Es necesario tomar en cuenta que un espacio libre negativo indica que una obstrucción de la tierra es más alta que el rayo.
Para comprobar que existe línea de vista entre las antenas TX y RX, se considera el efecto provocado por el radio de curvatura del rayo irradiado, la curvatura de la tierra y la curvatura del perfil del terreno. Además, un enlace con línea de vista implica dejar libre la primera zona de Fresnel.
Para calcular la zona de Fresnel podemos realizar la siguiente aproximación:
Talvez algunos de ustedes se pregunten "pero finalmente, ¿cómo se diseña el enlace?" A continuación voy a explicarles cómo, y la próxima entrega de este post será un tutorial para diseñarlo partiendo de datos reales.
1. MAP SURVEY. La línea de vista se obtiene de un map survey, el cual consiste en identificar sobre un mapa topográfico los posibles puntos con los que podemos generar un enlace libre de obstáculos.
2. PATH SURVEY. Como se imaginarán, el map survey genera varias posibles combinaciones, entonces surge el path survey, donde se estudian las alternativas más óptimas de acuerdo a la aplicación.
3. SITE SURVEY. El path survey tampoco es suficiente; el proceso se complementa con un site survey, que permite analizar de cerca el sitio donde se instalará la antena con su torre. De manera general se puede estimar que para albergar la torre y equipo de soporte se necesita un área de 10 metros cuadrados. Estas son algunas consideraciones del site survey:
- Evaluar el acceso al sitio, tomando en cuenta que hay que llevar elementos, materiales y personal para visitas e inspecciones periódicas.
- Analizar la distancia a la que se encuentra la línea de distribución eléctrica más cercana. Si no hay, se debe considerar el uso de baterías o energías alternativas.
- Determinar la propiedad del terreno (si es del estado se deben tramitar permisos, si es de una comunidad se pueden realizar convenios, y si es privado se puede negociar)
- Determinar la solidez del terreno como para soportar una torre con sus respectivas antenas. Este trabajo suele ser realizado por un geólogo.
- Una vez ubicados los sitios donde se instalarán las antenas, se debe decidir si los enlaces son activos o pasivos. Se debe tomar en cuenta que para un enlace activo, necesariamente debemos tener fácil acceso a la red de energía eléctrica.
Eso fue todo por hoy. Me despido de ustedes con un pequeño adelanto por si hay alguien que esté siguiendo todas las entregas de este tema. Para el enlace que vamos a diseñar, el map y path survey los podemos realizar con google maps, Para determinar la altura del terreno, características del enlace y zona de Fresnel usaremos un software gratuito especializado que se llama Radio Mobile.