PC industrial a bordo de un velero Copa América
El espíritu de competición intenso es lo que impregna un velero de los que participan en estas regatas. Se trata de un barco sofisticado, tanto en diseño como en los materiales empleados para su construcción, en el que el trabajo en equipo adquiere una dimensión de primera magnitud. En las entrañas del barco hay un sofisticado sistema de navegación que recoge los datos de varios sensores, los procesa y, finalmente, los proporciona a la tripulación para que pueda optar por las mejores opciones durante la regata.
El italiano Fabricio Marabini y el español Roberto Benozque son dos ingenieros con experiencia en la competición de regatas que formaron parte del equipo técnico del Desafío Español durante la última edición de la Copa América, celebrada en Valencia en el año 2007. De su experiencia acumulada en ésta y otras pruebas, ha nacido el germen de una compañía de reciente fundación, denominada Faro Advanced Systems y con sede en Valencia, que tiene como objetivo ofrecer soluciones de navegación para barcos que participan en regatas a vela.
Un velero sofisticado
Un barco de las características de la denominada Clase Internacional Copa América dispone de una tecnología sofisticada en ámbitos bien diferenciados: desde los materiales avanzados que se utilizan en las velas o en el casco hasta las distintas soluciones técnicas, básicamente orientadas al aumento de la velocidad y de la maniobrabilidad del yate.
Aparentemente, el velero no incorpora dispositivos que se aparten de los puramente mecánicos y funcionales y que requieren habilidad y experiencia para su manejo. No obstante, en el caso del Mascalzone Latino –uno de los barcos equipados por Faro Advanced Systems– se ha implantado un sofisticado sistema de información para la navegación basado en un PC industrial con E/S distribuidas e integrado por Faro Advanced Systems.
El equipo Mascalzone dispone de una serie de barcos en los que se está implantando esta solución, dos de ellos en su base de Valencia. Cada nave tiene una eslora de 24 metros, un mástil de 35 m de altura y un peso de 24 toneladas. La tripulación para cada barco está formada por 17 personas más un invitado.
En la regata, las decisiones tienen que tomarse de forma rápida, en función de la evolución de la competición y de distintas variables endógenas y exógenas. Es aquí donde el hecho de disponer de una tecnología avanzada que ayude a la toma de decisiones puede marcar una diferencia en competición.
Un velero sofisticado
Un barco de las características de la denominada Clase Internacional Copa América dispone de una tecnología sofisticada en ámbitos bien diferenciados: desde los materiales avanzados que se utilizan en las velas o en el casco hasta las distintas soluciones técnicas, básicamente orientadas al aumento de la velocidad y de la maniobrabilidad del yate.
Aparentemente, el velero no incorpora dispositivos que se aparten de los puramente mecánicos y funcionales y que requieren habilidad y experiencia para su manejo. No obstante, en el caso del Mascalzone Latino –uno de los barcos equipados por Faro Advanced Systems– se ha implantado un sofisticado sistema de información para la navegación basado en un PC industrial con E/S distribuidas e integrado por Faro Advanced Systems.
El equipo Mascalzone dispone de una serie de barcos en los que se está implantando esta solución, dos de ellos en su base de Valencia. Cada nave tiene una eslora de 24 metros, un mástil de 35 m de altura y un peso de 24 toneladas. La tripulación para cada barco está formada por 17 personas más un invitado.
En la regata, las decisiones tienen que tomarse de forma rápida, en función de la evolución de la competición y de distintas variables endógenas y exógenas. Es aquí donde el hecho de disponer de una tecnología avanzada que ayude a la toma de decisiones puede marcar una diferencia en competición.
Software configurable y flexible
El software de cálculo y navegación es una parte importante de este sistema, y ha sido desarrollado enteramente por Benozquey Marabini. Dispone de una interfase gráfica que permite configurar al usuario un diagrama de bloques con las señales de entrada, los filtros seleccionados y los algoritmos de cálculo más apropiados para cada tarea. En la sombra está el motor matemático programado en C++ que posibilita las operaciones. Los filtros desempeñan un papel fundamental, ya que hay sensores que por su ubicación en la nave y las condiciones de su entorno pueden presentar una señal con una elevada presencia de ruido. Un caso típico es el transductor de velocidad del barco, denominado corredera, y que tiene una salida de pulsos. Su proximidad a la pared del casco propicia que en esa zona se generen turbulencias que afectan sensiblemente a la señal muestreada por el sistema. El software también efectúa interpolacionesy funciones predictivas.
Esta última funcionalidad es muy útil para el táctico de la tripulación, ya que en la fase previa a la salida de la regata, elbarco está efectuando diversas trayectorias en fase de espera;el sistema le informa en todo momentodel tiempo necesario que se requiere para alcanzar la línea de salida, en función de distintos condicionantes y de las secuencias de maniobra previstas. Otro aspecto interesante son las correcciones que efectúa el equipo en tiempo real. Por ejemplo: sobre la medición del ángulo de escora, en función de una tabla de valores predefinida; o la del ángulo del timón, para eliminar las imperfecciones de los elementos mecánicos relacionados con su acción de giro.
Wireless para el navegante y el táctico
Uno de los puntos que Benozque destaca, en cuanto a la ayuda en el desarrollo de este proyecto, es la ventaja de contar con abundantes librerías TwinCAT, que ofrecen distintas funcionalidades. Afirma, por ejemplo, lo fácil que le ha sido integrar los distintos módulos de E/S y comunicar con dispositivos exteriores, gracias a este recurso. En este sentido, otro de los requisitos de comunicación del sistema de a bordo es el envío de información a través de un protocolo wireless hacia un dispositivo móvil. En este caso, se trata de un PC tablet o dispositivo similar, que muestra al navegante y al táctico, en todo momento, un panel completo con todos los indicadores clave de navegación. Estos datos ya han sido convenientemente normalizados para su directa interpretación por la tripulación, algo crítico para poder elegir las mejores opciones en cada momento. Además, a través de sendas líneas de transmisión serie se envían datos a los distintos displays LCD ubicados estratégicamente en distintos puntos del barco. Estos datos suelen ser los siguientes: dirección del viento y del barco, objetivo de velocidad ideal, ángulo del viento, ángulo de eslora y la tensión del forestay, entre otras posibilidades.
Ventajas manifiestas
El nuevo sistema aporta una serie de ventajas respecto a otros ya existentes, según los responsables de este proyecto Una ventaja es la robustez que otorga el hardware industrial de confianza CX y los módulos de E/S, que están 100% verificados, además de la conectividad en tiempo real Ether- CAT.
Otro aspecto importante es la flexibilidad del sistema, tanto desde el punto de vista del ingeniero de desarrollo de la aplicación como desde el propio usuario. Marabini comenta que los equipos comerciales existentes en este mercado suelen ser cerrados y poco flexibles. En este caso, hay muchas opciones de configuración a nivel de hardware, especialmente gracias a la utilización de distintos bloques de E/S, en función de las necesidades de cada aplicación. Esto es importante para transferir esta solución a otros barcos de muy diversa índole. Pero según Marabini, una ventaja importante en este apartado es el hecho de poder definir la topología que más interesa para cada caso, repartiendo la adquisición de señales a través de uno o más nodos. Esta posibilidad, contribuye a elimina muchos metros de cable en una aplicación que puede llegar a tener hasta 30 entradas distintas.
Las ventajas son claras: menos peso a bordo y una posibilidad de rotura de cables muyinferior. En cuanto a la posibilidad de rotura de cables, hay que pensar que en este tipo de barcos, la tripulación efectúa muchas maniobras, y prácticamente todos los cables quedan a la vista y relativamente desprotegidos. Un punto también muy valorado de su elección técnica es la potencia y versatilidad del software TwinCAT, que permite poder trabajar con distintos lenguajes de programación concurrentemente, y la disponibilidad de una nutrida librería funcional.
También destacan la operativa en tiempo real del sistema, que permite muestrear las señales de entrada a 1 kHz, mientras que los sistemas comerciales existentes en este singular mercado suelen muestrear las entradas a 100 Hz de media. La velocidad de refresco de los visualizadores exteriores se efectúa a 10 Hz, frente a los 2 Hz convencionales. Por último, el dispositivo es capaz de ir almacenando los datos en memoria histórica, de forma que puede consultarse y reproducirse toda la información para su estudio posterior.
Actualmente se están equipando 4 barcos para competir en la regataLouis Vuitton Worl Series, que se celebrará en la ciudad francesa de Niza el próximo mes de noviembre. En esta prueba, los barcos deben ser idénticos y los pueden utilizar cualquiera de las ocho tripulaciones internacionales que van a competir. La compañía Faro Advanced Systems suministrará los sistemas de navegación, además de asegurar su instalación y servicio durante la regata. Para las próximas implantaciones está previsto utilizar un nuevo módulo de Beckhoff basado en una CPU Intel Atom, sin necesidad de ventilación, así como introducir la transmisión de información a puerto o a otras unidades exteriores al propio velero.
