Fase 2 Análisis

En esta etapa se identifican las partes críticas del proyecto, las rutas de comunicación, los requerimientos de software y hardware, y las variables involucradas. Todo enfocado para cumplir con los objetivos planteados en el capítulo 1.

En esta fase se describe a detalle los siguientes puntos:

• Requerimientos de Hardware (WSN, PLC, PC)

• Requerimientos de Software

• Rutas de comunicación

3.2.2.1. Rutas de comunicación

La ruta de comunicación de la WSN hacia la PC (computadora personal) podrá realizarse por medio de la red TCP/IP o por medio de comunicación serial RS232. De modo que los nodos sensores se comunican con un concentrador de forma inalámbrica el cual tiene una conexión directa a una PC por medio de la red TCP/IP o serial.

A su vez la PC estará directamente conectada a un PLC el cual es el que manipula la secuencia correcta del proceso y recibe retroalimentación de los dispositivos de campo. La conexión puede ser realizada por medio de varios protocolos dependiendo del PLC con que se cuente y los medios de comunicación que tenga.

3.2.2.2. Requerimientos de software y hardware

Es indispensable tener en consideración que para poder realizar un proyecto exitoso se debe contar con las herramientas adecuadas.

3.2.2.3. Hardware

El equipo básico a utilizar consta de varios componentes los cuales se mencionan en la tabla 3.1.

Tabla 3.1 Requerimientos de Hardware

Dispositivo Función

WSN Dispositivos de campo que estarán midiendo y monitoreando bienes y su medio. PC Estará llevando a cabo funciones de recolección de información, de intermediario

entre la WSN y el PLC, y mostrando mediante software de visualización (HMI) las variables del proceso.

PLC Recibirá la información de la WSN por medio de la PC y dará instrucciones para el proceso continuo de producción.

Se debe hacer una selección de dispositivos de mercado, observar sus características o atributos, requerimientos, ventajas y desventajas. Mediante una tabla comparativa y con base en los objetivos del proyecto se debe escoger la mejor opción.

De acuerdo con [Lozoya,2005], para la selección de un proveedor en el ramo de WSN, se tienen que considerar los siguientes atributos:

• Modos funcionales. Determinar si el nodo sensor permite realizar acciones de control, de monitoreo, o ambas.

• Encapsulado. Determinar el encapsulado que presenta el nodo sensor de fábrica. Este puede ser: sin encapsulado, es decir, el cliente lo asigna a su conveniencia; no estándar, el proveedor ofrece un encapsulado de fábrica, aunque no cumple con estándares de protección; encapsulado estandarizado, el proveedor ofrece el dispositivo dentro de un encapsulado aprobado por las normas internacionales sobre protección de dispositivos.

• Tamaño del nodo sensor. El tamaño del dispositivo es importante, y depende de las características funcionales descritas en el capitulo 3. El tamaño de un nodo sensor puede variar entre 1000 cm3 hasta menor de 1cm3. Clasificandose como Grande si es mayor a los 1000 cm3, mediano si está entre 125 y menor a 1000 cm3, pequeño entre 1 y 125 cm3 y micro menor a 1 cm3.

• Concentrador. Se evalúa la capacidad de comunicación que tiene el concentrador proporcionado por el proveedor para visualizar la interoperabilidad que puede tener con el bus de campo. En la actualidad, los concentradores presentan comúnmente las siguientes opciones de conectividad en su capa física: RS-232, Ethernet, RS-485.

• Soporte y documentación. Es importante que el proveedor proporcione una página de las preguntas frecuentes sobre problemas de la implementación del hardware con sus respectivas respuestas, así como la documentación de cada dispositivo que vende, y sistema de soporte.

• Paquetes de evaluación. Es deseable que el proveedor disponga a la venta paquetes de evaluación que sirvan para validar la funcionalidad del equipo que ofrece, ya que permiten la realizar experimentos. Área específica de la aplicación. Este aspecto cobre más importancia en aquellas aplicaciones donde la red es conformada por grandes cantidades de dispositivos.

• Sensores en cada nodo. Se debe determinar si el fabricante ofrece dispositivos con capacidad de recibir señales de sensores de proveedores de terceros (convencionales o MEMS), además de determinar si proporciona de fábrica una solución completa de nodo (transmisor + sensores) que convenga a la aplicación y si ofrece tarjetas de adquisición de datos con áreas prototipo para agregar libremente dispositivos de sensado o actuación.

• Accesorios de montaje. Este atributo es crítico, ya que la instalación del nodo sensor en campo debe de ser lo más fácil posible y de manera que cumpla su tarea satisfactoriamente.

Cada atributo mencionado debe evaluarse siguiendo una ponderación basada en el desarrollador y en la aplicación específica. El porcentaje de cada aspecto debe de ser determinado en base a la prioridad de cada uno de los aspectos.

La tabla 3.2 nos muestra una manera fácil de ponderar las características mencionadas, con respecto a cada proveedor.

Para la selección de la PC es necesario conocer los requerimientos de comunicación y las capacidades necesarias de procesamiento para poder utilizar las aplicaciones de software necesarias.

Para la selección de un PLC es necesario saber las características generales y específicas de este. Los PLCs actuales en general poseen las mismas características: modulares, variedad de manejo para buses de campo, para utilizarse en cualquier ambiente según las normas internacionales. Por lo tanto, la definición del PLC queda en función de la aplicación que se pretenda implementar. La mayoría de las veces este interlocutor ya está implementado y pertenece a un sistema funcional. Los datos que tenemos que saber acerca de la capacidad de comunicación del PLC son los siguientes:

Características de bus de campo

• Topología

• Longitud de segmento

• Control de bus

• Velocidad de transmisión

• Medio físico y modulación de señal

• Método de acceso al medio (CSMA CA)

• Mecanismo de seguridad en la transmisión de datos

• Flexibilidad

• Economía

• Fuente de poder

• Robustez

En la siguiente tabla se muestra a manera de guía los valores máximos sugeridos para cada atributo.

Tabla 3.2 Aspectos fundamentales en la evaluación de hardware comercial

Aspecto Atributo Ponderación total del atributo (%) Monitoreo o control

Modos funcionales

Monitoreo y control Hasta 25% Sin encapsulado No estándar Encapsulado Estándar Hasta 15% Grande (mayor a 1000 cm3) Mediano (125 cm3 < T < 1000 cm3) Pequeño (1 cm3 < T < 125 cm3) Tamaño Micro (T < 1cm3) Hasta 20% RS 232 Ethernet Concentrador RS 485 Hasta 10% Si Documentación y soporte No Hasta 10% Si Paquetes de evaluación No Hasta 5% Sensores de proveedores terceros Solución completa de nodo Sensores en cada nodo Tarjetas de adquisición de datos Hasta 10% Disponibles Accesorios de

montaje No disponibles Hasta 5%

Total acumulado 100

Para la selección de software es necesario considerar ciertas características y evaluarlas de acuerdo a la aplicación.

De acuerdo con [Lozoya,2005] los atributos a considerar son:

• Mecanismos de comunicación. Este aspecto se verifica que la solución de software contenga herramientas que permitan el acceso a recursos que no están disponibles localmente ya sea por medio de Internet, u otro medio.

• Complejidad en la implementación de software. En este atributo se pueden observar dos aspectos: el caso en que el proveedor ofrece una plataforma de

programación orientada objetos, que incluye un lenguaje abierto orientado totalmente al dispositivo embebido pero no ofrece una interfase de usuario final para interactuar con la WSN; caso en que el proveedor ofrece una interfase de Windows de Microsoft y además permite la programación de los dispositivos embebidos por medio de parametrización e interfases amigables de alto nivel pero presenta el inconveniente de que la programación del hardware para realizar ajustes muy específicos personalizados por el cliente es a través de un lenguaje de bajo nivel totalmente propietario.

• Fuentes de código muestra. Este atributo es relevante ya que por si alguna razón, en el atributo anterior, el segundo aspecto es el que se presenta, es importante que el proveedor proporcione código muestra de aplicaciones en los nodos sensores de modo que permitan al usuario final tener un marco de referencia.

• Capa de aplicación. Este atributo evalúa la capa de aplicación en la solución proporcionada por el proveedor, y consiste en evaluar si los dispositivos están listos para manejar algún estándar (ej. ZigBee ó IEEE 802.15.4) pero el proveedor no proporciona las librerías para desarrollo de aplicaciones usando el estándar, por lo que el cliente debe invertir en el desarrollo de la programación de la librería (ej. ZigBee); o si el estándar ya está implementado directo de proveedor y la única necesidad de programación son los algoritmos de las tareas y funciones específicas de la aplicación.

• Base de datos. Este atributo consta de dos aspectos que son: el proveedor proporciona herramientas de software o interfases de configuración que permiten utilizar y ordenar la información en una base de datos con formato estándar, por medio de un servidor SQL; el otro aspecto es que el proveedor no proporcione ningún tipo de herramienta al respecto, y si en caso de que el cliente necesite utilizar bases de datos, el desarrollador (cliente) deberá encargarse de crear la base de datos, su comunicación y su interfaz.

• Interfaz gráfica. Este atributo se evalúa dependiendo si el proveedor provee de herramientas que permitan realizar una interfaz gráfica que pueda leer la información generada en cualquier punto de la aplicación (WSN, SQL, PLC); que el software del proveedor solo lea únicamente datos provenientes de un punto en específico y el cliente deba desarrollar software adicional para poder acoplar las otras partes.

La manera de evaluar cada uno de los aspectos mencionados es similar a la evaluación de hardware, en donde depende específicamente del desarrollador y de la aplicación específica. En la siguiente tabla (tabla 3.3) se muestra a manera de guía los valores máximos sugeridos para cada atributo.

Por último se condensa la información y se realiza la comparación de cada uno de los proveedores. Es común que se utilicen al menos 3 proveedores a cotizar, pero es a selección del usuario final el número de proveedores a presupuestar.

La tabla de comparación debe contener la puntuación total obtenida tanto en hardware como en software y la suma de ambas para poder llegar a un valor numérico que nos indique cual es la mejor opción.

Tabla 3.3 Aspectos a evaluar en el software ofrecido por el proveedor de hardware específico

Aspecto Atributo Ponderación total

del atributo (%) Si

Mecanismos de

comunicación No Hasta 20%

Plataforma de desarrollo orientada a objetos, que incluye lenguaje abierto orientado al nodo sensor Complejidad de

implementación Interfase de Windows y parametrización de los nodos sensores por medio de interfases

amigables de alto nivel.

Hasta 20% Si Fuente de código muestra No Hasta 20% Por implementarse Capa de aplicación

estándar Implementada Hasta 10%

Si Base de datos

No Hasta 10%

Lectura en cualquier multipunto Interfaz gráfica

Lectura de datos específica Hasta 20%

Total 100

Tabla 3.4 Tabla de ponderación general para selección de proveedor

Proveedor Ponderación total en Hardware Ponderación total en Software Total Proveedor 1 H1 S1 H1 + S1 Proveedor 2 H2 S2 H2 + S2 Proveedor 3 H3 S3 H3 + S3

Aunado a lo anterior, se debe de prever la colocación física de los dispositivos, verificar fuentes de interferencia que puedan afectar el desempeño del sistema, las distancias de separación a las cuales van a estar los dispositivos inalámbricos y tener en cuenta posibles obstáculos para la señal.

Al concluir esta fase se deberá tener bien definidos los siguientes puntos:

• La selección de la ruta de comunicación

• Todo el hardware necesario para el proyecto