Soft nearest-neighbor chain algorithm

Para determinar la capacidad requerida por cada punto se ha estudiado el ancho de banda generado por cada aplicación que fluctuará sobre la red, este análisis se detalla a continuación:

 Correo electrónico

Los usuarios de esta aplicación serán los operadores quienes lo utilizarán para enviar documentación formal requerida por las autoridades, informes de los imprevistos que se generen en el día y documentos adjuntos relacionados al comportamiento de cada estación no integrada a un sistema SCADA (Imágenes, información detallada de herramientas requeridas para un tipo de mantenimiento, entre otras). Esta información será receptada por el jefe de la UOCC, encargado de analizar y determinar el comportamiento de las estaciones.

El correo electrónico es una aplicación que puede soportar latencias altas debido a que es un servicio no orientado a la conexión, su tamaño puede variar entre 20 KB cuando el archivo es simple que contiene únicamente texto y 10 MB cuando contiene gráficas, tablas, animaciones o elementos de gran tamaño.

La información contenida en los correos electrónicos que enviará cada operador estará compuesta generalmente de tablas para indicar los valores correspondientes de cada variable de medición y en casos emergentes se adjuntarán imágenes. Por esta razón se ha considerado que el tamaño máximo de correo electrónico generado en cada estación va a ser de 5 MB

Se ha realizado una encuesta interna en la empresa para determinar el valor promedio de correos que un usuario transmite por hora, se tomó como muestra a diez empleados entre personal técnico y administrativo. Los resultados obtenidos

de la encuesta mostrados en el Anexo 2 determinan que un usuario puede enviar hasta 4 correos por hora, por lo tanto el ancho de banda requerido para la aplicación de correo electrónico será:

 Voz sobre IP

La aplicación de telefonía IP instalada en cada punto remoto servirá para la comunicación inmediata entre operadores de cada estación y el personal ubicado en la UOCC, para informar acerca de inconvenientes que necesitan ser solucionados urgentemente o simples requerimientos pueden solucionarse a través de una llamada telefónica.

El servicio de VoIP se transmite a través de paquetes UDP, es un servicio orientado a la conexión con transmisión en tiempo real, tolera latencias menores a 250 ms con retardos mínimos de 40 ms. Dependiendo del códec de audio el ancho de banda requerido puede variar de 20 a 256 Kbps. Si se aplica el servicio de telefonía digital con el códec G711 se requiere de un ancho de banda mínimo de 128 Kbps, puesto que la banda de frecuencia donde fluye la voz humana es de 4 KHz, aplicando el teorema de Nyquist se muestrea la señal al doble de frecuencia, si se cuantifica y codifica dicha señal en una relación de 8 bits por muestra se obtiene las siguientes resultados:

Por lo tanto como se requiere 64 Kbps para cada canal y la comunicación es full duplex se requiere de un ancho de banda mínimo de 128 Kbps.

 Adquisición de datos

Para este diseño se ha estimado que el sistema SCADA Alpahuasi supervisará tres tipos de variables (caudal, nivel, presencia) por cada estación, tomando en cuenta que en algunas estaciones se tienen tres tipos de caudales (caudal de distribución, caudal de abastecimiento por gravedad, caudal de bombeo), además de las señales de alarma para el desborde y vaciado de tanques, en total siete.

El sensor de presencia será instalado en la puerta de cada armario de control ubicado en cada estación para evitar que operadores o personas no autorizadas manipulen los distintos dispositivos que se encuentran instalados. Este sensor se conectará al PLC a través de una entrada digital puesto que solo emite dos estados, abierto y cerrado.

Los sensores de caudal son instalados solamente en la salida de cada línea interna a la estación, ahora el número de líneas depende también del tipo de estación, es decir, existen tanques de distribución que cuentan con una línea de de salida o en algunos casos dos (distribución y abastecimiento a otros tanques), por lo tanto el sensor de caudal es instalado en la salida de cada línea, pero en las estaciones de bombeo existen hasta tres líneas de salida (bombeo, gravedad y/o distribución). La conexión entre el PLC y el sensor de caudal se lo realiza a través de entradas analógicas debido a la naturaleza de la señal.

El sensor de nivel, encargado de la supervisión de llenado de tanque, al igual que el sensor de caudal será conectado al PLC a través de una entrada analógica.

Para determinar la capacidad que requiere el PLC para transportar la información eficientemente, se implementó una red LAN para simular la comunicación de los dispositivos internos a la estación remota y una red WAN para la comunicación externa entre un equipo que simula al servidor SCADA y la estación remota.

Para el intercambio de paquetes entre red LAN y red WAN se utilizó un router inalámbrico marca ESTEEM, modelo 195Eg con tecnología inalámbrica IEEE 802.11g, cuya interfaz RJ45 ha sido configurada como gateway de los dispositivos que conformaban la red LAN y su interfaz inalámbrica simulando la red de larga distancia para comunicarse directamente con el servidor.

El PLC, perteneciente a la red interna de la estación remota, ha sido programado para procesar la variación de estados en dos entradas analógicas y tres entradas digitales. Se ha utilizado una fuente de corriente que simule a los sensores de 4 – 20 mA que comúnmente son instalados en las estaciones de la EPMAPS, cada uno conectado directamente a su respectiva entrada análoga del PLC. Para simular los sensores presencia, se han activado tres entradas digitales a través de la conexión directa con la fuente de DC que se encuentra interna en el PLC.

En el equipo que simula al servidor SCADA se ha instalado el software INTOUCH y se generado un programa de pruebas que detecte la información de cada variable emitida por el PLC.

Para el análisis de consumo de ancho de banda generado por la transmisión de datos de cada variable, desde el PLC hasta el simulador se ha utilizado la versión gratuita de un software denominado PRTG, el cual permite analizar la taza de transmisión de datos en un determinado momento a través de gráficas de capacidad vs tiempo.

Para levantar el software PRTG en la red de pruebas, es necesario activar los servicios proporcionados por el protocolo SNMP en cada dispositivo que conforma la red, caso contrario el programa no puede obtener ningún tipo de información.

Figura. 3.15. Implementación de red de prueba

La figura 3.15 muestra los dispositivos de red conectados simulando la red LAN del punto remoto, además del PLC conectado con la fuente que representa a los sensores de corriente que varían de 4 a 20 mA y la activación de tres entradas digitales que representan los sensores de presencia.

En la figura 3.16 se aprecia el diagrama de red implementado para el análisis de capacidad requerida para la comunicación entre el PLC y el servidor SCADA.

Figura. 3.16. Diagrama de red de prueba

La figura 3.17, muestra la grafica de capacidad vs tiempo generada por el software PRTG, donde se visualiza el consumo de ancho de banda generado por la información de las variables que van a ser monitoreadas desde el simulador de pruebas, y enviadas por el dispositivo PLC.

Figura. 3.17. Análisis de ancho de banda

En consecuencia a los resultados obtenidos se concluye que cada variable a ser monitoreada consume 5Kbps de ancho de banda sea digital o análoga, entonces si se toma como punto de referencia a las estaciones de bombeo que poseen tres sensores de caudal, un sensor de presencia, un sensor de nivel y dos sensores de alarmas, se requiere de un total de 35 Kbps de ancho de banda disponible por estación.