Trabajo 3. PROTOCOLOS DE COMUNICACIÓN SERIAL INDUSTRIALES Edwin Gilberto Carreño Lozano, Código:

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1 Trabajo 3. PROTOCOLOS DE COMUNICACIÓN SERIAL INDUSTRIALES Edwin Gilberto Carreño Lozano, Código: I. OBJETIVO Hacer un resumen acerca de los protocolos RS232, RS485, RS422 y HART; protocolos de comunicación serial fuertemente utilizados en ambientes industriales. II. CONTENIDO Qué es RS232? Es un estándar definido llamado EIA/TIA RS232C y es una interfaz utilizada para propósitos de conectividad por ejemplo de ratones de pc, impresoras, módems o equipamiento industrial. Existen dos tipos de conectores el DB-25 (25 pines) y el DB-9 (9 pines).el conector DB-25 permite trabajar en modo sincrónico y asincrónico mientras que el conector DB-9 solo permite conectividad asincrónica. Figura 1.Pinout male DB-25 RS232 1

2 Figura 2. Pinout male DB-9 En este protocolo los 1 lógicos se representan con niveles de tensión negativos y los 0 lógicos se representan con niveles de tensión positivos. Figura 3.Trama típica de una señal del protocolo RS232. Se puede ahorrar el uso de varios de los pines en el conector resultando posible una comunicación full dúplex con solo tres cables. Los demás pines funcionan como señales de control de flujo para las señales que realmente se desean transmitir o recibir. Un ejemplo del uso de estos pines es el siguiente: Cuando uno de los dispositivos de conexión funciona con una velocidad más baja, este control de flujo permite darle tiempo al dispositivo para que pueda procesar las señales que le llegan del otro dispositivo con mayor a velocidad de transmisión. 2

3 Figura 4.Funcion de pines del conector DB-25 RS232 Figura 5. Función de pines para DB-9 RS232 Los niveles de voltaje para un nivel alto están entre -15 V y -3 V, para un nivel bajo se tiene un rango entre 3 V hasta 15 V. 3

4 Las velocidades más comunes en este protocolo son: 300, 600, 1200, 2400,4800 y 9600 bps; la distancia máxima de transmisión es de hasta 15 metros dependiendo de la velocidad de transmisión. Estas a groso modos son las características más relevantes de este protocolo de comunicación. 2) Qué es RS485? Este es otro protocolo de comunicación orientado a mejorar la velocidad y distancia máxima de transmisión/recepción. Con una velocidad de 100 kbps se alcanza una distancia de 1200 m y a una velocidad máxima de 35 Mbps solo se alcanza una velocidad de 10 m. Los niveles de tensión máximos de trabajo van hasta 6 V a diferencia del protocolo RS232 que van hasta 15 V, este cambio representa una reducción del factor de ruido. Además del pico de voltaje para la función de representación lógica, las señales de transmisión y recepción son diferenciales es decir que no están referenciadas a un nivel de tensión común. El hecho de que una señal sea diferencial quiere decir que en caso tal de que exista una interferencia en las líneas esta interferencia se reduce puesto que es común a ambas líneas. Este protocolo de comunicación es una mejora al protocolo RS422, el cual puede conectar hasta 10 dispositivos. El protocolo RS485 permite conectar hasta 32 dispositivos. 3) Que es RS422? Figura 6. Ejemplo de topología en una red con protocolo RS485 Es un protocolo de comunicación diferenciado del RS232 porque este en vez de tener líneas referenciadas a una señal de tierra común entre dispositivos, los niveles lógicos los definen líneas de voltaje diferencial. Esto representa una mejora del rechazo de ruido respecto a protocolos referencias con tierra común. 4

5 Otra diferencia entre estos dos protocolos es que el protocolo RS422 puede permitir la conectividad de hasta 10 dispositivos, algo que no se puede hacer con un protocolo RS232 que se podría considerar una red P2P (Peer to Peer) o punto a punto. Por ultimo una diferencia importante respecto al protocolo RS232 es que la extensión del cable puede alcanzar distancias de hasta 1200 m con velocidades de 100kbps, si se requiere mayor velocidad se tiene que sacrificar la distancia del cable. Figura 7. Tabla de resumen de protocolos RS232, RS422, RS485 Una diferencia importante entre RS485 y RS422 es que el protocolo RS485 solo requiere de 3 líneas (Tx, Rx y GND) mientras que el protocolo RS422 requiere de 5 líneas (Tx_0, Tx_1, Rx_0, Rx_1 y GND).Las líneas Tx_0 y Tx_1 son complementarias entre si al igual que Rx_0 y Rx_1. 4) Qué es HART? HART (Highway Addressable Remote Transducer) en español sería Transductor Remoto Direccionable en Red, este es un protocolo de comunicación de dispositivos que están relacionados entre sí para servir al control en un sistema industrial. Es un estándar abierto. Este protocolo usa el estándar industrial 4-20 ma, muy común en dispositivos transductores en ambientes industriales. La señal producida por el estándar 4-20 ma es una señal analógica unidireccional que puede recibir/entregar el dispositivo. La limitación con este protocolo (4-20 ma) es que solo puede comunicarse un parámetro del proceso involucrado. Lo poderoso del protocolo HART es que sobre el se monta una señal digital, es decir a la señal analógica unidireccional se monta una señal digital bidireccional que puede ser usada para apoyar la información de la señal analógica o enviar otro contenido de datos como información de dispositivos. 5

6 Es útil esta forma de transmisión ya que solo se requieren filtros que separen ambas señales (analógica y digital). La señal digital que se envía usa modulación FSK, es decir que un cero lógico se ve representado por una señal con frecuencia f1 y el uno lógico con una señal con f2, ambas frecuencias son muy diferentes para que se pueda diferencia el cambio de estado lógico. Figura 7.Ejemplo de modulación FSK en protocolo HART Figura 8. Señal de comunicación digital HART superpuesta sobre la señal analógica 4-20 ma Las especificaciones técnicas de HART son las siguientes: o Señales de comunicación: Analógicas continuas 4-20 ma, Digitales FSK ( 0 lógico 2200 Hz y 1 lógico 1200 Hz). o Tasa de comunicación digital: Modo pregunta/respuesta: 2-3 actualizaciones por segundo. Modo burst: 3-4 actualizaciones por segundo. o Estructura del Byte de datos: 1 bit de inicio, 8 bits de datos, 1 bit de paridad impar, 1 bit de parada. o Longitud máxima del par trenzado: 3048 m. 6

7 . Existe dos formas de comunicación en HART (las más comunes): Modo pregunta/respuesta y Modo Burst Modo pregunta/respuesta: En este modo el host le envía peticiones de pregunta el dispositivo, esto con el fin de extraer información cuando el host la necesite en un momento dado. El dispositivo ante una petición de pregunta. Modo Burst: En este modo el dispositivo envía ráfagas de información sin necesidad de que el host se lo solicite. BIBLIOGRAFIA [1] Garfias, Manuel. Tutorial de Comunicaciones Industriales. [Online] [2] Comunicación Serial: Conceptos Industriales. National Instruments. [Online]. Año 2006 [3] Estándares de comunicación serial RS232, RS422, RS485.Punto Flotante S.A.[Online].http://tinyurl.com/qxggwmh 7

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