Radar Meteorológico Cubano (Doppler). Automática de Control

El ingeniero Pablo Maroto y yo discutiendo aspectos de la automática del Radar RD-100S, primer ejemplar seriado del Radar Meteorológico Cubano, en Casa Blanca, año 2020

La automática de control del Radar Meteorológico Cubano se encarga de encender/apagar cada uno de los bloques del radar y chequear todos sus parámetros. Se encarga también de posicionar la antena del radar con gran precisión en los dos ejes (acimutal y de elevación) y de mover la antena a la velocidad requerida con gran exactitud en cualquiera de los dos ejes. Su evolución es una de las facetas que mejor representa la sostenibilidad en el tiempo de esta innovación tecnológica. Veamos su evolución…

Primera Generación: Los orígenes

Interior (izquierda) y exterior (derecha) del Radar MRL-5 de Camagüey a finales de los 80. De izquierda a derecha: José Silva, José Mario Alonso y yo en la foto a la derecha.

Todo comenzó en 1991 cuando Waldo Vázquez Soto y yo, recién estrenando las plazas de investigadores del Laboratorio de Desarrollo Técnico que nos había creado la Dra. Rosa Elena Simeón Negrín, a la sazón Presidenta de la ACC, acometimos el primer intento de automática de control que fue usar un kit de entrenamiento de los fabricados por el ICID bajo en nombre de CID 1406, basado en el microprocesador INTEL 8080. El kit original era sumamente engorroso para la puesta a punto de un programa tan complicado que pretendía tomar el mando sobre todos los órganos de control del radar para impedir que el operador humano ejerciera sus funciones cuando la computadora estaba adquiriendo la información. El definitivo impulso para su culminación exitosa ocurrió cuando Juan Ramón Rovirosa Estenoz se unió al Laboratorio aun como estudiante. Al kit de entrenamiento se le cambió el procesador 8080 y se le puso un Z80 de Zylog y, además, se le añadió la conexión serie para poder programar en la PC y cargar el programa desde ella.

Segunda Generación: Operador Automático del Sistema ARGOS

Radar MRL-5, a mediados de los 90, con mando alternativo manual o automático. Operador Leandro Lima Martínez

Ya en 1993 teníamos en el radar MRL-5 de Camagüey un sistema que garantizaba la adquisición automática de la información y su procesamiento. El sistema estaba basado en una PC XT/compatible, que empleaba un procesador INTEL 8086. La PC se encargaba de adquirir la información de video digitalizado y controlaba todos los procesos en el radar; pero a la vez, permitía el mando manual convencional del radar, simultaneando con el mando automático. El sistema ARGOS fue el antecesor de del radar automático que tenemos hoy en día, en su versión más rudimentaria. El software del sistema ARGOS fue escrito en Borland C++ para MS-DOS versión 6. Estuvo en funcionamiento para el servicio operativo y para las campañas de Lluvia Provocada desde 1993 hasta 1997 cuando fue sustituido por un desarrollo superior.

Tercera Generación: Radar Meteorológico Automático MRL-5M

Pantalla de operación del radar MRL-5M

En 1997 se inauguró en el radar de Camagüey un sistema completamente automático (sin mandos manuales directos), que, a diferencia de su predecesor ARGOS, permitía una eliminación total de los órganos de control dedicados a la operación humana y por tanto una simplificación considerable del equipamiento del radar y de la demanda de potencia.  

Tarjetas de control cableadas sobre placas perforadas (Veroboard).

El sistema estuvo basado en una PC Pentium. El control de todo el radar se hacía por medio de seis tarjetas de diseño propietario que garantizaban 32 señales de mando digitales (de la computadora al radar), 28 señales digitales de estatus (del radar a la computadora), 10 señales de estatus analógico (del radar a la computadora) y 2 señales analógicas de mando (de la computadora al radar). Todas las tarjetas fueron cableadas en placas perforadas. El sistema de control interactuaba con la computadora a través de un driver virtual (VxD, escrito en ensamblador) que se comunicaba con el software de control VESTA|Acquire (aplicación de escritorio, desarrollada en Borland Delphi, para Windows 95).

Cuarta Generación: ELBRUS, versión industrial del Radar Automático para los radares rusos MRL-5 y FUJI, versión industrial del Radar Automático para los radares japoneses RC-32B

Radar MRL-5M de Pico San Juan automatizado con el prototipo ELBRUS, año 2000.

En el año 1998 se dieron las condiciones de financiamiento para automatizar dos radares a la vez, el radar MRL-5 de Pico San Juan (Cienfuegos) y el RC-32B de Punta del Este (Isla de la Juventud). Las tarjetas desarrolladas para el radar de Camagüey no eran reproducibles (por haber empleado mayormente componentes ociosos y recuperados) y un nuevo desarrollo tomaría tiempo. Se decidió comprar tarjetas industriales de bus ISA de propósito general y sobre esa base crear un prototipo para los radares rusos MRL-5 (se llamó ELBRUS) y un prototipo para los radares japoneses RC-32B (se llamó FUJI).

PC Industrial con tarjetas de entrada/salida insertadas

En diferente configuración que las tarjetas propietarias montadas para Camagüey, se mantuvieron las mismas señales de entrada/salida digitales y analógicas. Con estos diseños se automatizaron los radares en el siguiente orden Pico San Juan, MRL-5 (2000); Casa Blanca, MRL-5 (2001); Punta del Este, RC-32B (2002); La Bajada, RC-32B (2005); Camagüey, MRL-5, modernizado a versión industrial (2005); Pilón, MRL-5 (2006) y Gran Piedra, RC-32B (2006). Con el paso de los años, sin modificaciones estructurales, se compraron tarjetas de bus PCI en lugar del bus ISA. En cuanto al software, la aplicación de escritorio VESTA|Acquire fue sustituida por la aplicación cliente/servidor VESTA|RDA (RDA viene de Radar Data Acquisition) y con esto, los radares, aparte de tener control automático, pasaron a tener control remoto desde cualquier punto de la red interna del Instituto de Meteorología. VESTA|RDA fue desarrollada en Pascal de Borland Delphi para Windows NT y sucesores.

Quinta Generación: automática distribuida

Radar La Bajada con automática distribuida, año 2018

Las cuatro generaciones anteriores tenían una cosa en común: toda la automática de control estaba concentrada en la computadora. Esto obligaba a llevar más de 80 señales desde los diferentes puntos del radar hasta la computadora en un denso cableado. A fin de simplificar las interconexiones entre bloques se decidió usar módulos de entrada/salida (analógicos y digitales) distribuidos por la geografía del radar que se unen por un solo par de conductores. La primera versión se hizo en el radar de Punta del Este, cuya automática original del 2002 se había estropeado por la caída de un rayo. Para esto se seleccionaron módulos distribuidos que se conectaban por puerto USB a la computadora. Esta variante aún está en funcionamiento en Punta del Este desde el año 2011. Sin embargo, cuando se probó en el montaje del radar Doppler de Camagüey, los módulos USB eran fuertemente interferidos por las señales del radar. En sustitución de los módulos USB, se usaron módulos interconectados por el protocolo MODBUS-RT, mucho más robustos e inmunes a las interferencias. En los radares de La Bajada y Casa Blanca (primer ejemplar seriado de radar Doppler) se emplea automática distribuida con el estándar MODBUS-RT. La cualidad Doppler del radar de Camagüey introdujo un nuevo cambio. VESTA|RDA se encarga del control del radar y también la adquisición de la información No-Doppler, que no es muy compleja.

Visita del presidente Diaz-Canel a las instalaciones de desarrollo del Radar Meteorológico Cubano

La adquisición Doppler implicó el uso de una aplicación separada para la adquisición y procesamiento de las señales (VESTA|Cíclope) y el resto de las funciones de control, incluyendo el manejo del protocolo MODBUS-RT se centraron en una aplicación cliente/servidor descendiente de VESTA|RDA, a la que se ha llamado VESTA|RCP (RCP viene de Radar Control Processor).

Sexta Generación. Uso de la electrónica de “open hardware”

Nueva generación de electrónica “abierta”: Arduino

La sexta generación se encuentra actualmente en desarrollo. Conceptualmente no implica cambios en cuanto al diseño distribuido. Más bien se trata de sustituir los módulos industriales de entrada/salida por un desarrollo propietario basado en componentes de la “revolución” Arduino. La idea es abaratar los costos, eliminar la dependencia tecnológica, usar código abierto portable y ampliar las funcionalidades del control del radar y su comunicabilidad con el personal de servicio técnico.

Acerca de meteoradar

Ingeniero eléctrico, Doctor en Ciencias Técnicas, Profesor Titular, Director del Centro Nacional de Radares del Instituto de Meteorología de Cuba.
Esta entrada fue publicada en Así fue la historia, Opiniones y etiquetada , , , , . Guarda el enlace permanente.

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Salir /  Cambiar )

Google photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google. Salir /  Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Salir /  Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Salir /  Cambiar )

Conectando a %s