INSTRUMENTACIÓN AVANZADA Introducción a las Comunicaciones Industriales 1
1.-INTRODUCCIÓN A LAS COMUNICACIONES INDUSTRIALES 1.- Marco Teórico General. Se pueden definir las comunicaciones industriales como el área de la tecnología que estudia la transmisión de información entre circuitos y sistemas electrónicos utilizados para llevar a cabo tareas de control y gestión del ciclo de vida de los productos industriales. 1.1. Jerarquías en las Comunicaciones Industriales La definición anterior implica decir que la comunicación industrial no solo es el intercambio de información entre autómatas (PLC, Variadores de velocidad, etc) sino que abarca a todos los niveles productivos de una fábrica, desde la máquina que produce un determinado producto hasta la gerencia general de la misma. Debido a esta amplitud, es evidente que los requisitos que debe cumplir una red de comunicaciones industriales van a ir cambiando dependiendo del nivel en que nos encontremos dentro de la misma empresa. Por ejemplo: En la planta se necesita que la comunicación industrial de respuesta en tiempo real, que sea inmune a ruidos e interferencias electromagnéticas, que se adapte a riesgos especiales (p.e. riesgos de explosión), que simplifique el cableado, etc. En la oficina técnica o donde se haga diseño o planificación se necesita acceder a grandes cantidades de información (sistemas CAD, estudios de mercado, etc) no siendo crítico el tiempo de respuesta de la red. En la gerencia de la empresa necesitarán acceso a bases de datos (producción, calidad, costos, etc.), comunicación con los clientes, proveedores, etc. Por lo anterior es común encontrar que cuando se estudian las comunicaciones industriales se habla de una pirámide jerárquica; la pirámide CIM (Computer Integrated Manufacturing) que intenta representar todos los niveles que intervienen en la producción de algo. Así se tiene la figura 1: Figura 1: Pirámide CIM Nivel 0 o de Proceso: involucra los dispositivos que provocan los movimientos en el proceso productivo (contactores, electroválvulas, calefactores, etc.) o los que adquieren información de ese proceso (sensores). 2
- En este nivel, la cantidad de datos que se intercambian es baja y el tiempo de respuesta (el tiempo que se tarde en intercambiar esos datos) también deber ser bajo, pues se necesita una rápida respuesta para operar la máquina que se está controlando. - En este nivel no se pueden admitir fallas en la comunicación, porque de ser así: o la máquina que se pretende controlar estaría fuera de control lo que provocaría serios accidentes que podrían poner en riesgo incluso la vida de los operarios. o Se detendría todo el proceso productivo ocasionando pérdidas económicas. Nivel 1 o de Campo: involucra dispositivos como PLCs de gama baja y media, terminales de dialogo, variadores de velocidad, y las comunicaciones entre estos, que provocan el control individual de una máquina. - En este nivel, se utilizan las medidas proporcionadas por el nivel 0 y se darán las consignas a los actuadores de dicho nivel. - La cantidad de datos que se intercambian es mayor que en el nivel 0 pero la velocidad de respuesta (el tiempo que se tarda desde que sucede algo hasta que se tiene la respuesta a eso que sucede) debe ser alta, pues se necesita una rápida respuesta para operar la máquina que se está controlando. Nivel 2 o de Célula: ya no se controla una máquina sino un proceso. Involucra dispositivos como PLCs de gama alta o PCs industriales que controlan la secuencia de fabricación y/o producción (darán las consignas al nivel de campo). - En este nivel la cantidad de datos que se intercambian es mayor que en el nivel 1 pero la velocidad a la que se produce ese intercambio puede ser menor ya que hay otros dispositivos de automatización en el nivel inferior que tienen sus propios programas y toman sus propias decisiones. Nivel 3 o de Planta: Se realiza diseño y/o gestión en el que se estudian las órdenes de fabricación y/o producción que seguirán los niveles inferiores. Hace referencia por ejemplo a una gerencia local donde se emplean PCs, estaciones de trabajo, servidores de bases de datos y backups, etc. Nivel 4 o de Factoría: Gestiona la producción completa de la empresa. Hace referencia a una casa central que se comunica con distintas plantas incluso en distintos lugares del mundo. Mantiene las relaciones con los proveedores y clientes. Proporciona las consignas básicas para el diseño y la producción de la empresa (dice que fabricar y cuando). Se emplean PCs, estaciones de trabajo y servidores de distinta índole. - En este nivel la cantidad de datos que se intercambian es extremadamente alta (video conferencia, internet, etc) pero no son tareas críticas por lo que se acepta cierta tasa de fallos en la comunicación. Del análisis anterior surgen las siguientes conclusiones: En los niveles inferiores de la pirámide CIM (Niveles 0, 1 y 2) las tares son críticas, por lo tanto las comunicaciones industriales deber ser deterministas, es decir, deben tener la capacidad de garantizar que un paquete de datos sea enviado y recibido en un determinado período de tiempo compatible con las necesidad de la máquina o proceso que controlan. En los niveles superiores de la pirámide CIM (Niveles 3 y 4), las tares no son críticas motivo por el cual las comunicaciones industriales pueden ser no deterministas, es 3
decir se acepta cierto nivel de fallas en la comunicación o demoras en el intercambio de la información. En los niveles inferiores de la pirámide CIM (Niveles 0, 1 y 2) las redes industriales deben ser capaces de ser deterministas en las condiciones de funcionamiento que impone un ambiente industrial: (temperatura, vibración, interferencias, suciedad, etc.). En estos niveles de la pirámide CIM se intercambia poca información pero el tiempo de respuesta debe ser bajo (comunicación en tiempo real). La figura siguiente ilustra lo comentado. Figura 2: requerimientos típicos de transmisión de datos en la Pirámide CIM Es así que, en principio, podemos clasificar las redes industriales como de datos o de campo. Las redes de datos son las redes tipo oficina (de allí el nombre de ofimáticas) usadas en los niveles altos de la pirámide, mientras que en el interior de la planta se utilizan redes de campo también llamadas buses de campo que están especialmente diseñadas para soportar las condiciones de trabajo de un planta y ser deterministas. Redes Industriales Redes de datos u "ofimáticas" (redes no deterministas) Usadas en los Niveles 3 y 4 CIM Redes de campo o "buses de campo" (redes deterministas) Usadas en los Niveles 0, 1 y 2 CIM Figura 3: Clasificación de la Redes Industriales 1.2.- Modelo OSI de las Comunicaciones Industriales Ya sea que se utilicen redes de datos o buses de campo dependiendo del nivel de la pirámide CIM, es común en el estudio de las comunicaciones industriales hablar del modelo OSI. Veremos brevemente de que se trata. 4
El modelo OSI, que quiere decir Open System Interconection o Interconexión de Sistemas Abiertos, fue definido por la ISO en el año 1983 y es un modelo que sirve para representar, y por ende entender, todos los aspectos que entran en juego en un problema complejo como es la comunicación entre dispositivos. El modelo OSI está formado por siete capas o niveles (a veces se lo simplifica en 3 niveles). Las capas definen las diferentes fases por las que deben pasar los datos para viajar de un dispositivo a otro sobre una red de comunicaciones. El modelo OSI no dice como se crea un protocolo pero siguiendo el esquema de este modelo los fabricantes de equipos crearon numerosos protocolos compatibles entre ellos. El advenimiento de protocolos más flexibles donde las capas no están tan demarcadas y la correspondencia con los niveles no es tan clara puso al modelo OSI en un segundo plano. Sin embargo se usa en la enseñanza y lo veremos en este apunte como una manera de mostrar cómo pueden estructurarse o clasificarse los protocolos de comunicaciones que mencionaremos luego. Figura 4: Niveles o Capas del Modelo OSI Nivel 1. Capa FISICA: Con esta capa se quiere representar que para enviar datos por un medio físico de transporte (cableado o aéreo) se deben estandarizar las señales eléctricas (niveles de corriente, tensión, frecuencia, etc), que serán las necesarias para una comunicación efectiva. Se deben definir aspectos tales como el canal de comunicación: cable de pares trenzados, cable coaxial, guías de onda, aire, fibra óptica, etc., así como las características de los materiales: componentes y conectores mecánicos. Nivel 2. Capa de ENLACE: En esta capa se quiere representar que se deben especificar los mecanismos de acceso de los datos al medio de transmisión y el direccionamiento de los equipos que se comunican, de forma que durante un tiempo definido solo una estación pueda enviar datos a través del medio que se utilice. Es así que en los protocolos que se usan los datos se estructuran en tramas para su correcta interpretación y se comprueba si la transmisión es sin errores. Por ejemplo, una trama tiene la forma de la figura siguiente donde los datos (Data) van acompañados de otros campos, como por ejemplo algún código de verificación (Frame Secuence control). 5
Figura 5: Ejemplo de una trama de datos que se envían desde una fuente hacia un destino Nivel 3. Capa de RED: Interviene en el caso en el que se involucre a más de una red. Esta etapa representa como se encaminan los datos que van a viajar por varias subredes y como se controlan los posibles problemas de congestionamiento. Nivel 4. Capa de TRANSPORTE: Tiene la función de garantizar un enlace fiable entre los equipos, y establecer cómo se gestionan las tramas de datos (control de flujo, confirmación o acuse de recibo correcto de los datos, etc). Nivel 5. Capa de SESION: Esta etapa representa que debe existir un control del inicio y finalización de las conexiones. Esta capa es la que se encarga de mantener y controlar el enlace establecido entre dos equipos que están transmitiendo datos de cualquier índole. Por lo tanto, el servicio provisto por esta capa es la capacidad de asegurar que, dada una sesión establecida entre dos máquinas, la misma se pueda efectuar para las operaciones definidas de principio a fin, reanudándolas en caso de interrupción. Nivel 6. Capa de PRESENTACION: Representa que los datos transmitidos se deben convertir en un formato común entendible por todos los equipos. En esta etapa se tratan aspectos tales como la semántica y la sintaxis de los datos transmitidos. Nivel 7. Capa de APLICACION: Representa la utilización de los datos, es decir aplicaciones a las que un usuario acede directamente o a través de una interfaz de usuario. Una vez planteado el marco teórico analizaremos brevemente los principales tipos de redes y los protocolos utilizados en esas redes dentro de la comunicación industrial. 2.- Principales redes de datos utilizadas en la pirámide CIM Ampliando la figura 3 tendríamos: Redes Industriales Redes de datos u "ofimaticas" (redes no deterministas) Redes de campo o "buses de campo" (redes deterministas) Redes de área ampliada (WAN) (Nivel 4 CIM) Redes área local (LAN) o (WLAN) (Nivel 3 CIM) Figura 6: Principales Redes Industriales (Datos) 6
Red Local Area Networks (LAN): Una red de computadoras es cualquier grupo de computadores independientes que intercambian información entre sí sobre un medio de comunicación compartido (alguna capa física del modelo OSI). Las LANs usualmente están confinadas dentro de un área geográfica, tal como un edificio o un campus universitario. Las LANs pueden ser pequeñas, conectando muy pocas computadoras, pero pueden a menudo conectar cientos de computadoras usadas por miles de personas. Etherner y TCP/IP son los protocolos más usados en las redes LANs: Ethernet es un protocolo que trabaja en la capa física y de enlace del modelo OSI y es el protocolo más popular en uso hoy en día. Define el número de conductores que son requeridos para una conexión, los umbrales de rendimiento que pueden esperarse, y proporciona el marco para la transmisión de datos. El protocolo IP, funciona en el nivel de red del modelo OSI dentro de una red LAN, que nos permite encaminar nuestros datos hacia otras máquinas. El protocolo TCP, funciona en el nivel de transporte del modelo OSI dentro de una red LAN, proporcionando un transporte fiable de datos. Los protocolos FTP (transferencia de ficheros), DNS (servidor de nombres), Telnet (terminal remoto) o HTTP (web), funcionan en los niveles superiores del modelo OSI dentro de una red LAN, que nos permiten acceder a los datos. Red Wide Area Networks (WAN): Los elementos de una red a menudo se separan físicamente. Una red Wide combina múltiples áreas LAN que están separadas geográficamente. Esto se consigue conectando varias LANs con líneas telefónicas, por conexión satelital y por servicios de transporte de paquetes de datos. WANs pueden ser tan simples como un modem y un servidor de acceso remoto, o tan complejo como cientos de oficinas globalmente conectadas. Un ejemplo de una red WAN es Internet. Red Wireless Local Area Networks (WLAN): Las LANs inalámbricas, o WLANs, usan tecnología de radiofrecuencia para transmitir y recibir datos sobre el aire. Esto minimiza la necesidad de conexiones cableadas. WLANs da a los usuarios movilidad ya que significa que los usuarios pueden acceder a recursos compartidos sin buscar un lugar para enchufar cables, probado que sus terminales son móviles y se encuentran dentro del área de cobertura de red designada. Vía mobilidad, WLANs da flexibilidad y productividad incrementada. WLANs permite flexibilidad y productividad incrementada, y es una tecnología atractiva para diferentes usuarios. WLANs permite a los administradores de red conectar dispositivos que pueden ser físicamente difíciles de alcanzar con un cable. En la actualidad se está trabajando en la llamada Ethernet Industrial que no es otra cosa que adaptar el protocolo Ethernet al ambiente industrial. Así se tienen redes como: Modbus TCP. (no modifica la capa física de Ethernet lo cual trae ciertos problemas de determinismo pero tiene la ventaja de que es estándar) EtherNet IP. (no modifica la capa física de Ethernet al igual que Modbus TCP) PROFINet. (propone hacer cambios en la trama de datos de la red Ethernet para darle determinismo) 7
3.- Principales buses de campo usados en la pirámide CIM Ampliando la figura 6 tendríamos: Instrumentación Avanzada. J. A. Suárez- G. Murcia J. Strack Redes de datos u "ofimaticas" (redes no deterministas) Redes de área ampliada (WAN) (Nivel 4 CIM) Redes área local (LAN) o (WLAN) (Nivel 3 CIM) Redes Industriales Redes de campo o "buses de campo" (redes deterministas) Redes de Controladores (Nivel 0, 1 y 2 CIM) Redes de sensores/actuadores (Nivel 0 CIM) Figura 7: Principales Redes Industriales (Datos + Buses de Campo) Como se ve en la figura, los buses de campo se pueden dividir en Redes de Sensores/Actuadores y en Redes de Controladores. Este tipo de redes funcionan con la filosofía maestro-esclavo o con la filosofía productor-consumidor. En una red maestro-esclavo hay un dispositivo (el maestro) que interroga a los esclavos y estos le contestan (o les da una orden a todos a la vez y no le contesta ninguno). La comunicación entre esclavos no es posible sino a través del maestro. Esto se usa en redes como por ejemplo Modbus. A su vez el maestro puede ir rotando (un tiempo es el dispositivo 1, luego el 2, luego el 3, etc), en ese caso se dice que la red es multimaestro. Esto se usa en las redes ProfiBuss o ProfiNet. Figura 9: Arquitectura productor-consumidor En una red productor-consumidor los consumidores están a la escucha de la información que brindan los productores, quienes vuelcan información en el bus con cierta periodicidad. Un mismo dispositivo es por momentos productor de información y en otros momentos consumidor. Esto se usa en las redes como CAN-Open. 3.1. Redes de Sensores/Actuadores: Como su nombre lo indica estas redes son para interconectar sensores y actuadores en el nivel más bajo de la automatización. Son ejemplos la red AS-i, la red HART o la red CAN. 8
La idea de estas redes es ser una alternativa económica al cableado tradicional, reemplazando el cableado individual de cada sensor o actuador al PLC por un cable que interconecte a todos ellos formando un bus (algo parecido al I2C que utilizados en la clase anterior para construir un Datalogger Arduino pero aplicado a nivel industrial). AS-i (Actuator Sensor Interface). Figura 10: Cableado paralelo de Sensores/Actuadores vs Redes de Sensores/Actuadores AS-Interface o AS-i es un Bus de Sensores y Actuadores, estándar internacional IEC62026-2 y europeo EN 50295 para el nivel de campo más bajo desde 1999. Fue desarrollado por Siemens en 1990. Es un protocolo maestro-esclavo donde se recorre toda la instalación con dos cables (idealmente con un cable bipolar especial amarillo, gris o rojo) que lleva alimentación y datos. En cada estación hay un conector que permite acceder a ese bus. Figura 11: Red AS-i Conexión de un sensor Las especificaciones de AS-i se encuentran actualmente en su versión 3.0. Éstas son de carácter abierto, lo que significa que cualquier fabricante puede obtener una copia de las mismas para elaborar sus productos. 9
Las características principales de AS-Interface son: Ideal para la interconexión de sensores y actuadores binarios. A través del cable AS-i se transmiten datos y alimentación. La longitud máxima de cada segmento es de 100 metros. Dispone de amplificadores que extienden cada segmento a 200 mts y repetidores que permiten la unión de hasta tres segmentos y de puentes hacia redes Profibus (se puede llegar a 600 mts). Emplea un único cable de dos hilos que permite tanto la transmisión de datos como la alimentación de los dispositivos conectados a la red. Su diseño evita errores de polaridad al conectar nuevos dispositivos a la red. La incorporación o eliminación de elementos de la red no requiere la modificación del cable. Permite la interconexión de un máximo de 31 esclavos. Cada esclavo dispone de hasta 4 entradas/salidas, lo que hace que la red pueda controlar hasta 124 E/S digitales. La comunicación sigue un esquema maestro - esclavo, en la cual el maestro interroga a las estaciones enviándoles mensajes (llamados telegramas) de 14 bits y el esclavo responde con un mensaje de 7 bits. La duración de cada ciclo pregunta respuesta es de 150 s. En cada ciclo de comunicación se deben consultar todos los esclavos, añadiendo dos ciclos extras para operaciones de administración del bus (detección de fallos). El resultado es un tiempo de ciclo máximo de 5ms. Para lograr inmunidad al ruido, la transmisión se basa en una codificación Manchester (se transmite por modulación de la corriente). Cableado sencillo y económico. Se puede emplear cualquier cable bifilar de 2 x 1.5 mm2 no trenzado ni apantallado. El cable específico para AS-i, el Cable Amarillo, es autocicatrizante. La revisión 2.1 del estándar facilita la conexión de sensores y actuadores analógicos. Detección de errores en la transmisión y supervisión del correcto funcionamiento de los esclavos por parte del maestro de la red. Cables auxiliares para la transmisión de energía: Cable Negro (24 V DC) y Rojo (220 V AC). HART (High way - Addressable Remote-Transducer). El protocolo HART ( High way-addressable Remote-Transducer) agrupa la información digital sobre la señal analógica típica de 4 a 20 ma DC. La señal digital usa dos frecuencias individuales de 1200 y 2200 Hz, que representan los dígitos 1 y 0 respectivamente, y que en conjunto forman una onda sinusoidal que se superpone al lazo de corriente de 4-20 ma. Figura 12: Envío de información digital por la red HART 10
Las conexiones son punto a punto mediante el funcionamiento maestro-esclavo. 3.2. Redes de Controladores: Figura 13: Red HART Como su nombre lo indica estas redes son para conectar controladores entre sí o controladores a una PC (es decir se utilizan en los Niveles 1 y 2 CIM), pero también por su practicidad se utilizan para interconectar sensores y actuadores (en el Nivel 0 CIM) ya que muchos de esos sensores y actuadores poseen estos protocolos incorporados. Tal vez la red de controladores más difundida es la red Modbus, pero existen muchas otras redes como FieldBus, Profibus, DeviceNet, etc. MODBUS Modbus es un protocolo de comunicaciones situado en el nivel 7 del modelo OSI, basado en la arquitectura maestro/esclavo, diseñado en 1979 por Modicon (hoy Schneider Electric) para su gama de controladores lógicos programables (PLCs). Convertido en un protocolo de comunicaciones estándar de facto en la industria, es el que goza de mayor disponibilidad para la conexión de dispositivos electrónicos industriales. Las razones por las cuales el uso de Modbus es superior a otros protocolos de comunicaciones es: 1. Es público 2. Su implementación es fácil y requiere poco desarrollo 3. Maneja bloques de datos sin suponer restricciones Puesto que Modbus es un protocolo que se ubica en las capas superiores del modelo OSI necesita ser utilizado junto a otros protocolos que se ubiquen en las capas inferiores de dicho modelo. Así existen versiones del protocolo Modbus para RS232, Modbus para RS485 y Modbus para Ethernet. RS232, RS485 o Ethernet son protocolos que atienden aspectos relacionados con las capas físicas del modelo OSI, tales como tensiones, cables, conectores, etc., para que por ellos viaje el protocolo Modbus. 11
Existen dos variantes, con diferentes representaciones numéricas de los datos y detalles del protocolo ligeramente desiguales. Modbus RTU es una representación binaria compacta de los datos. Modbus ASCII es una representación legible del protocolo pero menos eficiente. Cada dispositivo de la red Modbus posee una dirección única. Cualquier dispositivo puede enviar órdenes Modbus (productor-consumidor), aunque lo habitual es permitirlo sólo a un dispositivo (maestro-esclavo). Cada comando Modbus contiene la dirección del dispositivo destinatario de la orden. Todos los dispositivos reciben la trama pero sólo el destinatario la ejecuta (salvo un modo especial denominado "Broadcast"). Cada uno de los mensajes incluye información redundante que asegura su integridad en la recepción. Los comandos básicos Modbus permiten controlar un dispositivo para modificar el valor de alguno de sus registros o bien solicitar el contenido de dichos registros. El protocolo Modbus usa el concepto de tablas de datos para almacenar la información en un esclavo, una tabla de datos no es más que un bloque de memoria usado para almacenar datos en el esclavo, la tabla de datos que usa en Modbus es: Dirección MODBUS Nombre de la Tabla de Datos 1-9999 Output Coils (Lectura/escritura) 10001-19999 Inputs Contact (Lectura) 30000-39999 Inputs Registers (Lectura) 40001-49999 Holding Registers (Lectura/Escritura) Un Modbus coil representa un valor booleano típicamente usado para representar una salida, solo hay dos estados para el coil el ON y el OFF. El coil entonces, puede verse como una celda o un bloquecito de memoria que permite almacenar el estado de un bit, que puede tener solo dos valores como se vio arriba, el ON o el OFF, o en lógica binaria, un 1 o un 0. Un Modbus Holding, representa cantidades de 16 bits, por lo tanto se puede ver cada registro como un bloque o celda de memoria, que es capaz de almacenar números entre 0 y 65535. Estos registros son de lectura/escritura, es decir que el maestro puede hacer peticiones de información para leer el dato que está almacenado, o puede enviar peticiones para escribirle un valor al registro holding en el momento que se requiera. RS-485 RS-485 o también conocido como EIA-485, lleva el nombre del comité que lo convirtió en estándar en 1983. Es un estándar de comunicaciones en bus de la capa física del Modelo OSI y se usa junto a Modbus o a algún otro protocolo que implemente las capas superiores. 12
Se considera como interface multipunto y permite la comunicación de hasta 32 equipos emisores-receptores en un bus de datos común, pero con el agregado de receptores de alta impedancia se puede llegar a 256 equipos. Físicamente el medio de transmisión es un cable trenzado de 2 conductores (+D y D) y masa (SD) que trabajan con tensiones del orden de los ±5V. Tensiones diferenciales entre estos conductores entre +1,5V y +6V se consideran un 1 lógico, y tensiones entre -1,5V y - 6V se consideran un 0 lógico. Figura 14: Tensiones en RS485 La norma RS-485 se basa, al igual que otra llamada RS-422, en un sistema de transmisión diferencial (trabaja con la diferencia de tensión entre dos conductores) que permite eliminar los posibles ruidos que se puedan incorporar en el canal de comunicación. En efecto, en el supuesto de que se incorporaran ruidos en el canal de comunicación, tal ruido quedara incorporado de igual manera tanto en la serial +D como en la -D, ya que se produce dentro de la línea. Por lo tanto, aplicando la misma técnica para la obtención de la señal en el receptor, tendríamos lo que se observa en la siguiente figura. Figura 15: Transmisión en un sistema diferencial (izquierda sin ruido, derecha con ruido) Como en cualquier sistema de comunicaciones, la velocidad y longitud del enlace están inversamente relacionadas: si deseamos obtener la máxima velocidad, el cable deberá ser de unos pocos metros y viceversa, pero con RS485 se pueden lograr 35 Mbit/s hasta 10 metros y 100 kbit/s en 1200 metros, y a través de canales ruidosos. La comunicación es half-duplex lo que indica que cada equipo puede enviar y recibir datos, pero no de forma simultánea. RS-232 La norma RS-232C fue definida por la Asociación de Industrias en Electrónica, EIA (Electronic Industries Association), en 1969 en lo que respecta a la definición del conector y del cable. También se debe destacar que aunque la norma RS-232C fue creada para comunicar una PC con un módem, hoy en día este estándar se utiliza también a nivel industrial para comunicar punto a punto diferentes componentes y equipos, tales como: reguladores, autómatas programables, lectores de códigos de barras, variadores de frecuencia, etc. 13
El estándar RS-232C cubre cuatro áreas, que son: Características mecánicas de la interface. Paso de señales eléctricas por la interface. Función de cada señal. Subconjunto de señales para aplicaciones específicas. El estándar define la siguiente asignación de pines para conectores de 9 o de 25 pines: Línea Función DB9 DB25 TXD Transmitted Data 3 2 RXD Received Data 2 3 GND Referencia 5 7 RTS Request to Send 7 4 CTS Clear to Send 8 5 DTR Data Terminal Ready 4 20 DSR Data Set Ready 6 6 DCD Data Carrier Detect 1 8 RI Ring Indicator 9 22 Figura 16: Pines del protocolo RS232 Los datos se transmiten y reciben por los pines TXD y RXD, el resto de los pines sirven para controlar el flujo de esos datos. El control de flujo evita la pérdida de datos en la comunicación entre dispositivos con diferentes capacidades de procesamiento. Se puede recurrir a una conexión simplificada de solo tres pines (TXD, RXD y GND) si no se requiere controlar el flujo (apto para comunicaciones no críticas): Figura 17: Protocolo RS232sin control de flujo El estándar RS-232C utiliza tensiones de -15 y +15 voltios para definir los distintos estados de la señal tanto 1 como 0 respectivamente, pero se aceptan los siguientes valores: Figura 18: Tensiones en RS232 El standard RS232 establece una capacidad máxima del cable de 2500 pf. Con cables de 160pF/m a 50pF/m se logra de 15 a 50 m. 14
Conclusiones generales: Existe una amplia variedad de tecnologías para realizar comunicaciones a nivel industrial. Los sistemas que no son críticos pueden ser sustituidos por tecnologías de oficina : Ejemplo: USB, Ethernet, etc. En los sistemas críticos se usan buses de campo. No hay un bus de campo dominante. La elección entre protocolos dependerá de un análisis exhaustivo en la que intervienen aspectos como: o Distancias, o Cantidad de datos a transmitir. o Velocidad. o Cantidad de estaciones. o Costo. o Prestaciones (facilidad de programación, auto-diagnóstico de fallas, etc.) Los siguientes cuadros comparativos pueden servir de guía para comenzar el estudio de algún protocolo en particular. Comparativa general entre protocolos: 15
Comparativa respecto del tamaño de los mensajes: Instrumentación Avanzada. J. A. Suárez- G. Murcia J. Strack Comparativa respecto del cableado: Comparativa respecto del número de nodos y acceso al medio: 16