Comunicaciones industriales - Vicente Guerrero SBcap1NET

In d ic e
Unidad 1
Redes de com unicación industrial.... 6
Unidad 4
1.1 Las co m u n ica cio n e s in d u stria le s .......................7
1.2 N orm as f ís ic a s ............................................................. 20
Redes d e co m u n ica ció n industrial
Ethernet.............................................. 254
1.3 Técnicas de co ntro l de flu jo ................................36
4 .1 In tro d u cció n y ca ra cte rística s
1.4 Técnicas de co ntro l de e r r o r e s ....................... 38
1.5 Topología de red es ....................................................41
1.6 M éto d o s de acceso al m e d io .............................45
1.7 Sistem as d eterm in ista y probabilístico .... 49
1.8 In terco n e xió n de r e d e s ...........................................50
de E t h e r n e t ................................................................ 255
4 .2 C o m u nicació n E th e rn e t. En tre dos PLC
bajo p rotocolo TCP/IP ...........................................266
4 .3 C o m u nicació n E th e rn e t. En tre va rio s PLC
bajo p ro toco lo TC P/IP ......................................... 278
4 .4 C o m u nicació n E th e rn e t. En tre va rio s PLC
bajo p ro toco lo I S O ................................................ 286
Unidad 2
4 .5 C o m u nicació n E th e rn e t. En tre va rio s PLC
Redes d e co m u n ica ció n
industrial AS-i ..................................... 54
en M u lt ic a s t ............................................................... 291
2.1 In tro d u cció n y ca ra cte rística s
del bus AS-i .................................................................... 55
2.2 F u n cio n am ie n to de la consola
de co nfig u ració n y d iag nó stico ........................ 65
2.3 C o nfig uració n y p rogram ación
de una red AS-i con
Unidad 5
Redes d e co m u n ica ció n industrial
PROFINET............................................ 298
5 .1 Intro d ucció n y ca ra cte rística s
un S7-300 ...................... 72
2 .4 D iagnóstico de una red AS-i
de P R O F IN E T ............................................................. 299
5 .2 Red PROFINET. Com unicación entre
con un S7-300 ............................................................ 100
una CP 343-1 con p uerto PN y ET 200S .. 306
5 .3 Red PR O FIN ET e n tre un PLC con p uerto
PN integrado y dos ET 200S ............................ 323
Unidad 3
Redes d e co m u n ica ció n industrial
Profibus .............................................. 110
3.1 Introducción y características de Profibus .. 111
3.2 Red Profibus-DP. CPU S7-300
com o m a estro y ET com o esclavo s ......... 116
3.3 Red Profibus-DP. Dos CPU S7-300 en red,
6 .1 Intro d ucció n y ca ra cte rística s
de la W e b ..................................................................... 331
una como m aestro y otra como esclavo .... 135
3 .4 Red Profibus-DP. PLC con CP 342-5
com o m aestro y ET com o e s c la v o
Unidad 6
Páginas w eb integradas
d e c o n tro l.......................................... 330
6 .2 Fu n cio n es de d iagnó stico de disp o sitivo s
m ed ian te una W eb integrada ........................ 334
152
3.5 Red Profibus-DP. CPU S7-300
6 .3 C o nfiguració n de una página W eb
de co ntro l .................................................................... 337
con p u erto DP en CP 342-5 ............................ 171
3 .6 Integ ración de un sistem a HMI
en una red P ro fib u s - D P ..................................... 188
3 .7 Red DP con S7-300 com o m ae stro
y S7-200 com o esclavo ..................................... 204
3.8 Red Profibus-DP. C o n vertid o r de fre cu e n cia
M M 4 2 0 /4 4 0 com o esclavo DP ................... 217
3.9 Profibus-DP. DP en co nexió n con red AS-i
m e d ian te DP/ASi Link ...........................................239
Unidad 7
Redes d e co m u n ica ció n industrial
W ire le ss............................................... 366
7 .1 Intro d ucció n y c a r a c t e r ís t ic a s ........................ 367
7 .2 C o nfiguració n de una red W ir e le s s ............380
Unidad 1 Redes
de comunicación
industrial
En este capítulo:
1.1 Las comunicaciones
industriales
2 Normas físicas
1.3 Técnicas de control de flujo
1.4 Técnicas de control de errores
1.5 Topología de redes
1.6 Métodos de acceso al medio
1.7 Sistemas determinista
y probabilístico
1.8 Interconexión de redes
U nidad 1 • Redes de co m u n ica cio n e s in d u striale s
1.1 Las com unicaciones industriales
1. 1.1 Introducción
Desde siglos pasados las co m unicacio n es han sido siem p re un reto para nuestros
an te p asad o s. P osib lem en te ya no nos aco rd em o s de la fo rm a de co m unicarse entre
los se res h u m ano s m ed iante se ñ a le s de hum o, ya que es seguro que tan sólo lo
h em os podido ve r en las p elículas del lejano oeste a m e rica n o . Otro tipo de co m u­
nicación , ya no tan lejan o y que aún en n uestros días podem os en co ntrar, es que
se realiza en tre p erson as que se e n cu en tran en el m ar y otras que intentan en viarle
una inform ació n d esde tie rra com o son los faro s lum in o so s. Estos dos ejem p lo s son
tan sólo una m uestra de otros tanto s que p odríam o s ir describ ien d o .
Es posible que la invención del teléfo n o pudo se r una de las bases im p o rtan tes
sobre las que han ¡do d esfiland o los d iferen tes sistem as con los que hoy co ntam o s,
pero fu e con la ap arició n de los o rd en ad o res p erson ales con lo que se em pezaron
a n o tar cóm o las co m u n icacio n es iniciaban un proceso de cam bio total tanto en su
concep ció n com o en sus a p licacio nes. Esto es debido a la utilización de la tecnología
digital.
Si nos situ am o s en n u estros días, ¿quién no utiliza un teléfo n o m ó vil?, o ¿existe
alguna persona que no haya escu ch ad o hablar de In te rn e t?, ¿h ay algún jo ven e stu ­
diante que no se relacio n e con otras p ersonas del planeta m ed ian te co rreos e le c­
tró n ico s?, etc. Todo esto nos hace ve r una evo lución continua y co nstan te cuyos
lím ites se d esco n o cen . Tecnologías com o b lu eto o th , w ifi, G PRS, etc. son algunos de
los ú ltim o s siste m as de co m u nicacio n es aplicado s a d isp ositivo s que la m ayoría de
p ersonas utilizan en la a ctu alid ad .
Figura 1.1.1
Dispositivos d e c o m u n ic a ció n a ctu a le s.
P odríam os realizar una exposición to ta lm e n te paralela a la exp uesta a n te rio rm e n te
cuand o h ablam os de la evolución exp erim en tad a en los d isp ositivo s in d u striales.
Por ta n to , podem os o b se rvar cóm o esas m ism as tecn o lo g ías que poseen los dispo­
sitivo s utilizados por las p erson as ap arecen im p lem en ta d as en la co m unicacio n es
en tre d ife re n tes d isp ositivo s in d u striales.
En la ind u stria m o d ern a, las co m u nicacio n es de datos en tre d iferen tes sistem as,
procesos e in stala cio n es sup o nen uno de los p ilares fu n d a m e n ta le s para que ésta
se e n cu e n tre en un nivel de co m p etitivid ad exigida en los procesos productivos
a ctu ale s.
En un sistem a de co m u nicació n de datos ind u strial es tan to m ás exigente cuanto
m ás cerca del proceso nos en co ntra m o s. Si realizam o s una co m parativa en tre tres
de las p rin cip ales ca ra cte rística s que d e term in a n la aplicación de las d iferen tes re ­
des de co m u n icació n , com o so n:
7
U nidad 1 • Redes de co m u n ica cio n e s in d u stria le s
• V olum en de datos: Cantidad de datos que viajan por la red en cada envío.
• Velocidad de tra n sm isió n : Velocidad a la que viajan los datos por la red.
• Velocidad de resp u e sta : Velocidad que hay en tre el m o m ento de d ar la orden y
la resp u esta del d isp ositivo .
O b servam o s en la sig uiente tabla cu áles serían sus va lo re s:
Volumen de datos
Velocidad
de transmisión
Velocidad
de respuesta
Aplicación
Red
de ordenadores
Elevado
Elevado
Bajo
Lectura
de datos
Detector
de proximidad
Muy bajo
Bajo
Instantánea
Sistema
de seguridad
Tabla 1.1.1
Si trata m o s el e jem p lo exp uesto en la a n te rio r tabla dándo le una a p licació n , es posi­
ble que nos aclare m ás estas tre s ca ra cte rística s. Si q u erem o s co m u n icar un proceso
ind u strial con la red de o rd e n a d o re s, estos o rd en ad o res podrían se r utilizados para
la lectu ra de bases de datos en donde se refleja el estado actual de la producción.
En este caso la velocid ad de resp uesta es baja, ya que se debe te n e r en cu enta el
tráfico de datos por esa red, en este caso los datos llegarán al sistem a de destino
con algún segundo de retard o, lo que no va a p ro vo car ninguna disfun ción en el
sistem a p ro ductivo, m ien tras que cuando un d etecto r de proxim idad cam b ie de
estado la resp u esta en el equipo de co ntro l, por ejem p lo un autó m ata p ro gram able,
ha de se r in m e d ia ta, algún m ilisegundo de retard o a lo sum o.
Está claro que d esp u és de la a n te rio r exposición deben e xistir d iferen tes niveles
de redes de co m u nicació n de datos que cu m p lan en cada caso con las exigencias
fu n cio n a le s so licitad a s. De ahí nace lo que se conoce com o pirám ide de las co m u ­
n icacio n es. Esta p irám id e, reconocida por todos los fa b rica n te s de disp o sitivo s para
las redes de datos, está fo rm ad a por cu atro n ivele s, que son:
• O ficin a: Form ado b ásicam en te por o rd en ad o res tanto a nivel de oficina com o
de ingeniería.
• Planta: Son ordenadores con aplicaciones específicas para el control del proceso.
• C é lu la: Son tod o s los co m p o n en tes inteligen tes que in te rvien en d irectam en te
en el p roceso.
• Cam po: Son todos los d isp ositivo s que provocan los m o vim iento s en el proceso
p roductivo.
Nivel de oficina
(Ordenadores)
Nivel de planta
(Sistemas SCADA)
Nivel de célula
(PLC -H M I-Var. F, Robots)
Nivel de campo
(Sensores, EV)
Figura 1.1.2
Pirám ide d e las c o m u n ica cio n e s.
8
Ethernet
ü
ii
¡Biii] s a i
ibj W
rT *
Profinet/Ethernet
P ro fih iis /P ro fin e t
AS-i
U nidad 1 • Redes de co m u n ica cio n e s in d u striale s
Todos los fa b rica n te s de d isp ositivo s de redes de co m u nicació n ind u strial conocen
p e rfe cta m e n te las d iferen tes exigencias para cada tipo de red, por lo que ofrecen
d ife re n te s a lte rn a tiva s para cu m p lir con los req u isito s fu n cio n a le s de cada caso. En
el caso de SIEM EN S, o fre ce para cada nivel una solución y es la que ap a rece en la
figura 1 .1 .2 y que van a se r ob jeto de d esarro llo en este libro.
En la figura 1 .1 .3 se realiza un estud io de las p rin cip ales ca ra cte rística s de cada uno
de los n ivele s. A d em á s, se co m pleta con otra ca ra cte rística , que es: cuanto más
nos acercam o s al p roceso, m ayor núm ero de d isp ositivo s in te rvien en en la red de
co m u nicació n para ese n ivel, es decir, que a nivel de cam p o, que es el nivel más
próxim o al p roceso, la red de datos que in te rvie n e engloba a los se n so res y actuad o res, m ie n tra s que al nivel m ás alejad o del p roceso, com o es el nivel de oficina
y que b ásicam en te está co m pu esto por o rd en ad o res, el n ú m ero de equipos que
in te rvie n e en la red se reduce co n sid e ra b lem en te.
Volum en
de datos
Muy grande
Velocidad de
resp uesta
Pequeña
m
Nivel de oficina
Grande
Mediana
5 un
Nivel de planta
Medio
Grande
Pequeño
Instantánea
iSM f f ¡SI]]]
-*r~
ib ll f in
m i
Nivel de célula
Nivel de campo
Número de disp o sitivo s en com unicación
Figura 1.1.3
V e lo cid ad e s en c a d a nivel.
1. 1.2 ¿Por qué incorporar un sistema de
com unicaciones en una em presa?
Una em presa se encuentra en la necesidad de incorporar un sistem a de co m unicacio­
nes integrado para poder ob tener un beneficio, com o pueden ser:
• La reducción de costes de producción.
• La m ejora de la calid ad .
• La m ejora de la p ro d u ctividad.
• La reducción del alm a ce n a je .
• La m ejora de la efectivid ad de sus sistem as.
• La reducción de los costes de m a n te n im ien to .
Para co nseg u ir estos o b jetivo s el sistem a de co m u nicacio n es debe p erm itir:
• Sistem as de co m u n icacio n es que en lacen la planta de producción con la de ges­
tión e ing eniería de la em p resa.
• La integración de las bases de datos de la em p resa (p ro d u cció n, pedidos, a lm a ­
cén , e tc .).
• C o m p artir las a p licacio n es tan to a nivel de:
o S o ftw a re : G ESTIÓ N : Textos, hojas de cálcu lo , bases de datos, etc
DISEÑO : CAD /CAE.
PRO DU CCIÓ N : PLC, rob ots, CNC, etc.
o H ard w a re : Im p reso ras.
O tro s disp ositivo s.
9
U nidad 1 • Redes de co m u n ica cio n e s in d u stria le s
Al integrar un sistem a de com unicaciones se pueden conseguir ventajas como:
• Tras una orden de fa b rica ció n , todo s los e lem en to s de un siste m a, proceso o
planta recib en de fo rm a sim u ltán ea la in fo rm ació n.
• P erm itir ce n tra liza r las se ñales de a larm a de cada co m p o n en te del p roceso.
• P e rm itir el control de la p ro ducción, ya que todos los equipos de la planta pue­
den e n viar info rm ació n a otro sistem a que a lm a ce n a rá y pro cesará dicha infor­
m ació n.
Hoy en d ía, existen m ultitu d de co nfig u racio n es de em p re sa s, es decir, em p resas
con un único ed ificio , con va rio s ed ificio s anexo s o con va rio s ed ificio s rep artid o s en
d iferen tes p o b lacio n es, países o co n tin en tes. Es por esta razón por la que podem os
e n co n tra r siste m as:
• SIM P LES: C o m unicación d en tro de una m ism a p lan ta, a travé s de cab leado e lé c­
trico .
• CO M PLEJO S: C o m unicación en tre d ife re n te s p lan tas, a travé s de líneas te le fó ­
nicas o sa té lite s.
1. 1.3 Sistemas de control en una red
de com unicación industrial
Dependiendo de la com plejidad del sistem a o de los com ponentes que intervienen en
la red de co m unicación, podem os clasificar el tipo de control en:
• S ISTEM A CEN TRALIZAD O . Es cuando el control se realiza por un solo sistem a.
• S ISTEM A D ISTRIBU ID O . Cuando el co ntro l se realiza a travé s de d iferen tes siste ­
m as co ne ctad o s en red.
Las p rin cip ales ca ra cte rística s de estos dos sistem as so n:
CENTRALIZADO
o
o
o
o
Es efectivo mientras el sistema no sea excesivamente grande ni complejo,
Es fácil de mantener, ya que sólo hay un único controlador,
Al existir un único controlador, no existen problemas de
Compatibilidad.
o Son muy delicados a los fallos; si el controlador falla, todo se detiene.
EN TRADAS
SALID AS
P R O C E S O S IM P L E
CO N TRO LAD O R
Figura 1.1.4
Sistem a d e control ce n tralizad o .
DISTRIBUIDO
o
o
o
o
o
c
Para sistemas grandes o complejos.
La responsabilidad es repartida entre diferentes controladores,
Todos los controladores deben de comunicarse a través de una red.
Su capacidad tiende a ser superior a un sistema centralizado,
Se caracteriza por ser un sistema más flexible que el centralizado.
Se pueden hacer ampliaciones con otros controladores. Cuando éstos están programados y con
Unidad 1 ■Redes de com unicaciones industriales
un funcionamiento correcto, entonces se integra en la red de comunicaciones de los demás con­
troladores.
o Se puede partir de un sistema básico e ir ampliando a medida que el sistema lo exija, añadiendo
módulos u otros controladores,
o Permite la integración de dispositivos de diferentes fabricantes comunicables entre sí.
PROCESO
f
■
PROCESO SIMPLE “A”
fjffe
-
-1
* 0
,
■ ü*
,,L
PROCESO SIMPLE “B”
PROCESO SIMPLE “n”
í
T
( ENTRADAS/SALIDAS FÍSICAS )
COMPLEJO
(ENTRADAS/SALIDAS FÍSICAS )
( ENTRADAS/SALIDAS FÍSICAS J
H'ffTl
PÍTÍfl
Controlador "B"
Controlador "n"
E/S lógicas
E/S lógicas
E/S lógicas
Bus de com unicaciones
Figura 1.1.5
Sistema de control distribuido.
1.1.4 Normas sobre las comunicaciones
Cabe destacar que con la llegada de las norm as todos los fabricantes han ido adap­
tando sus sistem as al cum plim iento de éstas, por lo cual cada día más los equipos
de diferentes fabricantes son más com patibles entre sí, aunque existen multitud de
norm as y estándares no todas han nacido de una institución norm alizadora como
son las llam adas norm as de facto, que son:
Sistem as realizados por grandes em presas (m ultinacionales) generalm ente, y que
de una form a u otra acaban de im ponerse en el m ercado. Se generan solas y aca­
ban aceptándose.
Y tam bién existen las llam adas norm as de iure que son las que alguna organiza­
ción o institución ha decidido promulgar, y que pueden ser las propuestas por:
• Gobiernos nacionales.
• Organismos nacionales o internacionales.
11
Unidad 1 • Redes de com unicaciones ind ustriales
1.1.4.1 Organismos de normalización
Existen diferentes organism os cuyas norm as afectan a diferentes ám bitos geográfi­
cos, es decir, norm as que rigen a nivel m undial, a nivel continental o a nivel nacio­
nal.
1.1.4.1.1 Normas internacionales
Son norm as que afectan a nivel m undial:
• ISO (International Standords Organizaron), que genera norm as para todas las
áreas y coordina las creadas por organizaciones regionales.
• IEC (International Electrotechnical Commission). Elabora norm as para el área
eléctrica.
• ITU o UIT (International Telecommunication Union). Es un organism o constituido
por adm inistraciones de más de 150 países, adopta norm as que regulan el uso
del espectro radioeléctrico en los ám bitos espacial y terrestre. Está estru ctu ra­
da en tres sectores, que son:
o ITU-T para las telecom unicaciones.
o ITU-R para la radiocom unicación.
o ITU-D para el desarrollo de las telecom unicaciones.
1.1.4.1.2 Normas continentales
Quedan agrupadas en un determ inado núm ero de organism os nacionales de nor­
m alización y que a nivel europeo son:
• CEN (Comité Européen de Normalisation), es el encargado de generar todas las
norm as del tipo EN que son a nivel europeo.
• CENELEC (Comité Européen de Normalisation Electrotechnique), es la rama de
las CEN que se encarga de las norm as del ám bito electrotécnico.
• ETSI (European Telecommunications Standards Institute). Organización europea
creada a instancia de los operadores (PTT Post Telephone and Telegraph) y lo
que hoy es la Unión Europea.
A nivel de Estados Unidos, las que afectan al campo de las com unicaciones son:
• ANSI (American National Standards Institute). Instituto am ericano de normas
estándar que abarca todas las disciplinas.
• EIA (Electronics Industries Associate). Asociación de industrias del sector de la
electrónica, que se ocupa de la definición de estándares acerca de la tran sm i­
sión de señales eléctricas. El estándar más conocido es la RS-232.
• TIA (Telecommunications Industries Associates). Agrupación de fabricantes de
equipos de telecom unicaciones.
• IEEE o IE3 (Institute o f Eléctrica! and Electronic Engineers). Es una organización
profesional que ha elaborado im portantes recom endaciones relativas a las co­
m unicaciones industriales y redes de com unicación que han term inado por
convertirse en norm as de facto.
1.1.4.1.3 Normas nacionales
Son las norm as creadas por organism os del propio país de aplicación y que en Es­
paña son las norm as UNE (norm as españolas) y UNE-EN (norm as españolas adap­
tadas a las europeas):
• AENOR (Agencia Española de Normalización). Es un organism o reconocido por
la adm inistración pública española para la norm alización de productos, proce­
sos y servicios de todos los sectores.
12
U nidad 1 • Redes de co m u n ica cio n e s in d u stria le s
1 .1 .4.2 Normas que afectan a las comunicaciones
En la sig uiente tabla se m u estran tanto el organism o com o la norm a o reco m en d a ­
ción que la co n te m p la:
Organismo
Norma/Recomendación
EIA
RS-232C
Norma física RS-232 de comunicación serie.
El A/TI A
RS-422
Norma física RS-422 de comunicación serie.
EIA
RS-485
Norma física RS-485 de comunicación serie.
El A/TI A
568
Cableado estructurado de redes de datos.
IEEE
802
Redes de área local (LAN).
IEEE
802.3
Métodos de acceso al medio en redes Ethernet.
IEEE
1284
Norma sobre las comunicaciones en paralelo.
UIT
V.92
Normas sobre los módems de 56 kbps.
AENOR
UNE-EN 50173
Cableado de sistemas de información.
AENOR
UNE-EN 50174
Redes de cableado estructurado.
CENELEC
EN 50170
CENELEC
EN 61131-5
Comunicaciones en los autómatas programables.
CENELEC
EN 61158-2
Vía de datos en los sistemas de control industriales
IEC
IEC 61158
Contenido
Buses de campo industriales de propósito general.
Buses de campo industriales.
Tabla 1.1.2
1 . 1.5 Modelo OSI
El m odelo OSI, que q u ie re d ecir Open System In terco n ectio n o In terco nexió n de
S istem as A b ierto s, fu e d efinido por la ISO en el año 1983.
El m odelo OSI está fo rm ad o por siete capas o n ivele s.
Cada capa o nivel tie n e unas fu n cio n es cla ra m e n te d efinid as y que son las sig uien­
te s:
• Nivel 1. FÍSICA: Esp ecifica cuál será el m edio físico de tra n sp o rte a utilizar. S e ñ a ­
les e lé ctrica s.
• Nivel 2. EN LA CE: Estru ctu ració n de los datos dentro de la tram a y control de
e rro re s.
• Nivel 3. RED: In te rv ie n e en el caso en el que intervenga m ás de una red.
• Nivel 4. TR A N SP O R TE: División de los datos en p aq u etes de envío.
• Nivel 5. SESIÓN: Para el control del inicio y finalización de las conexiones.
• Nivel 6. PRESEN TACIÓ N : R ep resen tació n y en crip tació n de los datos.
• Nivel 7. A PLICACIÓ N : U tilización de los datos.
13
U nidad 1 • Redes de co m u n ica cio n e s in d u stria le s
SISTEMA A
SISTEMA B
Figura 1.1.6
Sistem a d e control distribuido.
1.1.5.1 Modelo OSI para las com unicaciones
industriales
A nivel de las co m u n ica cio n es in d u striale s las capas u tilizadas son:
FÍSICA: Se encarga de la tran sm isió n de bits al canal de co m unicació n .
D efine los niveles de la señal e lé ctrica con la que se tra b a ja rá .
C o ntro la la velocidad de tran sm isió n (duració n de un bit).
Esta capa física co ntien e tre s su b n ive le s, que son los sig uientes:
M ED IO : Canal de tra n sm isió n , si es cab le, FO, radio, etc.
M A U (M edia A ttachm ent Unit): C o ntiene la electró n ica donde se generan o donde
se reciben los niveles e lé ctrico s.
PLS (Physical Logical Signal): Codificación en la em isión de la info rm ació n binaria
a se ñ a le s e lé ctrica s y d eco dificación en la recep ción de la señal eléctrica a señal
digital b in aria.
ENLACE: Se encarga de e sta b le ce r una co m u nicació n libre de erro re s en tre dos
equipo s.
Form a la tram a organizando la inform ación binaria y la pasa a la capa física.
Esta capa física co ntien e dos su b n ive le s, que son los sig u ientes:
M AC (M edia A cces Control): Control del canal de tran sm isió n para que en el m o­
m ento que esté lib re, pueda e n viar la info rm ació n .
LLC (Logical Link Control): Controla y recu p era los e rro re s, tam b ién codifica la infor­
m ación (h e xa d ecim a l o ASCII) a e n viar a fo rm a to b inario o decodifica la inform ación
b inaria recibida a hexad ecim al o ASCII.
APLICACIÓN: Es la capa m ás próxim a al u su ario y puede o fre ce r se rvicio s ta les com o
co rreo e lectró n ico , acceso a base de datos, tra n sfe re n cia de fich e ro s, vid eo co n fe­
ren cia .
14
Unidad 1 • Redes de com unicaciones industriales
1. 1.6 Tipos de transmisión de datos
Para la transm isión de datos se pueden utilizar dos sistem as, como son la tran sm i­
sión serie o la transm isión paralelo.
1.1.6.1 Transmisión serie
El tipo de transm isión serie se caracteriza por los siguientes aspectos:
• Los datos son transm itidos bit a bit, utilizando una única línea de com unica­
ción.
• Es la form a clásica de tran sm itir los datos a larga distancia.
• Se utiliza cuando el volum en de inform ación es relativam ente pequeño.
En la figura 1.1.7 se esquem atiza este tipo de transm isión. Para enviar, por ejem plo,
el carácter ASCII "S", la señal en binario es 0101 0011B = 83D = ASCII "S".
0
1
0
1
0
0
1 1
Figura 1.1.7
Señal binaria del c a rá c te r ASCII “S” .
Para este tipo de transm isión se necesita un canal de com unicación para el envío de
los datos y una señal de reloj para la sincronización entre em isor y receptor.
Figura 1.1.8
Esquem a transmisión-recepción serie d e un dato.
1.1.6.2 Transmisión paralelo
El tipo de transm isión serie se caracteriza por los siguientes aspectos:
• La inform ación se transm ite carácter a carácter.
• Todos los bits del m ism o carácter se envían sim ultáneam ente.
• Necesita tantas líneas de inform ación com o bits tenga el carácter.
• Su em pleo queda restringido a enlaces de corta longitud (de 15 a 20 m etros
como m áxim o).
• Es adecuado para una com unicación local.
La aplicaciones que cubren son:
• Enlaces ordenador-im presora (tipo Centronics).
• El bus IEEE-488 o bus GPIB, que a fin de cuentas no es más que un enlace para­
lelo destinado a com unicar aparatos de medida (instrum entación electrónica).
15
Unidad 1 • Redes de com unicaciones industriales
La velocidad de transferencia puede ser más elevada que en el tipo serie.
Para el envío de 8 bits, el enlace paralelo los puede enviar a la vez, m ientras que el
enlace serie tardaría 8 veces más tiem po.
Para este tipo de transm isión y com parando con el ejem plo de transm isión serie, se
necesitan ocho canales de com unicación para el envío de los datos y una señal de
reloj para la sincronización entre em isor y receptor.
TRANSMISOR
RECEPTOR
Dato (BIT 7)
, _T "L
Dato (BIT 6)
,J1
Dato (BIT 5)
BIT 6
Dato (BIT 4)
Dato (BIT 3)
BIT 5
^
Dato (BIT 2)
BIT 4
Dato (BIT 1)
------------------------Dato (BIT 0)
Clock
Figura 1.1.9
Esquem a transmisión-recepción paralelo d e un dato.
JL
Figura 1.1.10
Señal bit a bit del c a rá c te r ASCII “S” .
BIT 0
En la figura 1.1.9 se esquem atiza este tipo de transm isión. Para enviar, por ejem plo,
el carácter ASCII "S", la señal en binario es 0101 0011B = 83D = ASCII "S".
El código ASCII es el utilizado actualm ente en las com unicaciones. En la figura 1.1.10
se m uestra la tabla ASCII que corresponde a datos de 7 bits (128 caracteres) y 8 bits
(256 caracteres).
C ó d ig o
0
V
1
►
□
i
%
O
I
T
c
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0
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0
255
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D
E
F
Figura 1.1.11
C a ra cte re s d e la tabla ASCII.
U nidad 1 • Redes de co m u n ica cio n e s in d u stria le s
1 .1.7 Tipos de sincronización
en la transmisión de datos serie
La sin cron izació n de los d iferen tes equipos que in te rvie n e n en una red de co m u n i­
cación se rie se realiza a travé s de una señal de relo j. Para la configuración del reloj
existen dos siste m as, que son el asincro no y el síncrono.
1.1.7.1 Tipo de sincronización asincrona
Este siste m a se basa en la n ecesid ad de co n fig u rar de fo rm a local los p ará m e tro s
de co m u n ica ció n en cada una de las e sta cio n e s p a rticip a n te s en la red. No existe
una señal de relo j que una los d ife re n te s e q u ip o s. C uan d o se en vía una in fo rm a c i­
ón, ésta se inicia con una señal de START. En el m o m en to en que el eq u ip o re ce p ­
to r d e te cta la señal de START, pondrá en fu n cio n a m ie n to su relo j para ir leyen do
los d atos a la m ism a velo cid a d con la que fu e ro n en via d o s. El eq u ip o em iso r, una
vez tra n sm itid a la in fo rm a c ió n , e n viará una se ñ a l de STO P ind ican d o la fin a liz a ­
ción del e n vío . C u an d o el eq u ip o re ce p to r d e te cte la se ñ a l de STOP, d eten d rá la
le ctu ra de datos.
Esto nos indica que en cada equipo que in te rvie n e en la red se deberá realizar una
configuración en la que los datos de los p arám etro s co nfigurados deberán co in cid ir
para una co rrecta tran sm isió n y recep ción de la in fo rm ació n .
Esta configuración vie n e definida por los sig u ientes p ará m etro s:
• Velocidad de transm isión. Es la velocidad a la que se van a tra n sm itir y, com o
co n secu en cia, recib ir los datos. Debe se r la m ism a en todas las estacio n es que
in te rvie n e n en la red. V ie n e dada en bps o en alguno de sus m últip lo s, com o
kbps o M bps.
• Bit de start o inicio. Es la señal que envía el em iso r de datos al resto de p artici­
p antes para ind icarle que a co ntin uació n van em p aq u etad o s los datos. Es un bit
sie m p re en estad o "0 " lógico.
• Bits de datos. Se indica la longitud de bits que tendrá cada ca rá cte r utilizado en
la tran sm isió n . Este dato vien e dado según si se utilizan caracteres de todo el
código ASCII (256 ca ra cte re s) o la m itad de ca ra cte re s de esa m ism a tabla ASCII
(1 28 ca ra cte re s). Por tan to , los valo re s de su configuración será de 7 u 8 bits.
• Bit de paridad. Existe un bit que se envía ju sto desp u és de los bits de datos y
antes del bit de stop, que es el llam ado bit de paridad y sirve para realizar un
sim p le control de e rro re s. Este bit puede te n e r va rio s estado s d iferen tes:
o
Pandad PAR o EVEN .
o
Paridad IM PAR o ODD
o
Sin paridad o NONE.
El control que hace el bit de paridad co nsiste en o b se rvar cuánto s bits se e n cu e n ­
tran a nivel alto, donde podem os en co n tra r va rio s casos:
N9. de "1" en los bits de datos
Paridad elegida
Estado del bit de paridad
3 (n9. impar)
PAR
1
3 (n9. impar)
IMPAR
0
2 (n9. par)
PAR
0
2 (n9. par)
IMPAR
1
Tabla 1.1.3
17
U nidad 1 • Redes de co m u n ica cio n e s in d u stria le s
En el ejem p lo que se rep resen ta en la figura 1 .1 .1 2 ap arece com o un "1 " el bit de
p arid ad , ya que el núm ero de bits que está a nivel alto son tre s y la configuración
dada es par.
PARIDAD
DATOS
STOP,
LSB
MSB
CARACTER " R " : 0101 0010
Figura 1.1.12
R ep resen tació n c o rre c ta d e un bit d e p arid ad .
Si m ien tras se está en vian d o la inform ació n se produce una alteració n en uno de
los bits por un efecto extern o , en el m o m ento de la co m paración del bit de paridad
por p arte del eq uipo receptor, en tre el recibido y el calculad o , se d etecta ría que no
co in cid e, por lo que se daría com o erró n ea la info rm ació n.
En la figura 1 .1 .1 3 queda reflejad o que si el equipo recep to r recibe esa info rm ació n ,
al co n tab ilizar los bits "1 " de recibidos co m pro baría que son 4; por tan to , com o la
configuración dada es par, le co rresp o n d e ría un "0 " al bit de p arid ad , por lo que al
realizar la co m paración observa que en la inform ació n recibida ap a rece un "1", y,
por ta n to , inform ació n e rró n e a.
STA |
PARIDAD
t
STOP
DATOS
¡
0
LSB
1
1
0
1
0
1
0
:.4
/
:
MSB
Ruido o interferencia en el transporte.
Lo detectaría ei bit de paridad.
CARÁCTER " R " : 0101 0010
Figura 1.1.13
D e te c ció n d e un error en el bit d e p arid ad .
• Bits de stop o parada: Es el bit que se envía al final de la info rm ació n y del bit de
p arid ad , si existe, y trata de p o n er la señal e lé ctrica a nivel alto , que es el estado
n orm al de la señal en el canal de co m unicació n cuando no se está tran sm itie n d o
ninguna info rm ació n . Puede ser 1 ,1 ,5 o 2 bits. Tanto en la figura 1 .1 .1 2 com o en la
1 .1 .1 3 se o b serva cóm o el bit de STOP se en cu en tra a "1".
1.1.7.2 Tipo de sincronización síncrona
En este sistem a no es n ecesaria la configuración del reloj de fo rm a local en cada
eq uipo p articip a n te , tal y com o sucedía en el tipo a sin cro n o . Existen dos fo rm a s de
co nfig u rar la señal del relo j, que son:
• No incorpo rad a en los datos. En el que existe una señal ind e p e n d ien te que une
el equipo em iso r con los d em ás equipos p articip an tes en la red y que servirá
para la sin cron izació n en tre el envío y la recepción de los datos.
13
U nidad 1 • Redes de co m u n ica cio n e s in d u stria le s
10 0 10
SISTEMA
_I I
I L
10 0 10
Datos
SÍNCRONO
SISTEMA
SÍNCRONO
"A"
JTJinilTL
J 4irT r4iY
"B"
JTJTJTJTJL
Reloj
Emisor
Receptor
Reloj propio
Figura 1.1.14
Sistem a d e transmisión síncrona co n señal d e reloj.
• Incorp orad a en los datos. En este caso existen sistem as para la detecció n de la
velocid ad de tran sm isió n con la propia inform ació n recib id a. Para ello, se realiza
una co d ificación previa de la inform ació n para aseg u rar que en cada bit existan
cam bios de nivel com o es el m étodo de codificación M anchester.
SISTEM A
SÍNCRONO
SISTEM A
10
0 10
jiu u m l
"A”
SÍNCRONO
Datos + Reloj
Emisor
10
0 10
JU líU U IflJL,
"B"
Receptor
T i T T~T
10
0 10
Reloj propio
Figura 1.1.15
Sistem a d e transmisión síncrona co n señal d e reloj in co rp o rad a .
• Para poder in co rp o rar el reloj dentro de la inform ació n en viad a, el equipo e m i­
so r enviará una se rie de ca ra cte re s al inicio de la tra n sm isió n , llam ados ca ra c­
te re s de sin cro n ism o (ASCII 2 2 ), con los que los equipos recep to res d etectarán
la velocid ad para que cuando tenga que le e r los datos lo haga a la velocidad
a d ecu ad a. Estos ca ra cte re s de sin cro n ism o son enviado s tan to al inicio com o
al final de la tra n sm isió n , de fo rm a que los equipos recep to res podrán co no cer
cuánd o debe in iciar y cuándo fin aliza r la recep ción de los datos.
TRANSMISIÓN SÍNCRONA
Carácter de
sincronismo
N caracteres (M bits)
Carácter de
sincronismo
DATOS
Delimitador
de inicio
Delimitador
de final
Figura 1.1.16
Sistem a d e transmisión síncrona co n señal d e reloj in co rp o rad a .
Cuando se debe e n viar un vo lu m en de info rm ació n elevad o , ésta se em p aq uetará
en tre d iferen tes ca ra cte re s de sin cro n ism o .
19
Unidad 1 Redes de com unicaciones ind ustriales
TRA N SM ISIÓ N S ÍN C RO N A
Carácter de
sincronism o
DATOS
N caracteres (M bits)
SYN
DATOS
C arácter de
sincronism o
SYN D A T O S
D elim itador
de inicio
E S
Deümitador
de final
Figura 1.1.17
Transmisión síncrona con gran volumen de datos.
1.2 Normas físicas
Dentro de lo que es el nivel físico del modelo OSI, y al igual que otros aspectos de la
com unicación, el enlace de datos también se encuentra normalizado. Las principales
norm as utilizadas en las comunicaciones industriales son:
• RS-232.
• RS-422.
• RS-485.
1 .2.1 Norma física RS-232
La norm a RS-232C fue definida por la Asociación de Industrias en Electrónica, EIA
(Electronic Industries Association), en 1969 en lo que es la definición del conector y
del cable. Esta norm a es idéntica a la norma V.24 definida por el UIT (International
Telecommunication Union).
Tam bién se ha de destacar que aunque la norma RS-232C fue creada para com uni­
car un ordenador con un m ódem , hoy en día este estándar se utiliza tam bién a nivel
industrial para com unicar punto a punto diferentes com ponentes y equipos, como
reguladores, autóm atas program ables, lectores de códigos de barras, variadores de
frecuencia, etc.
La revisión que se realizó en 1987 a la norma RS-232C fue creada como RS-232D,
donde se introducen nuevas señales destinadas a la especificación de determ inadas
condiciones de prueba; dos de esas señales utilizan las conexiones 18 y 25 que en el
antiguo estándar (RS-232C) estaban sin asignación.
El estándar RS-232C cubre cuatro áreas, que son:
• Características m ecánicas de la interface.
• Paso de señales eléctricas por la interface.
• Función de cada señal y subconjunto de señales para ciertas aplicaciones.
1.2.1.1 Características m ecánicas de la interface
De lo que se ocupa la sección m ecánica es definir:
• La asignación de señales a los 25 contactos del conector.
• Qué parte del equipo contiene el conector hembra (el DCE u ordenador). Por
tanto, el conector m acho para el DTE o m ódem .
• La longitud m áxim a recom endada del cable (15 m etros).
• La m áxim a capacidad del cable (2500 pF).
20
Unidad 1 • Redes de com unicaciones industriales
S E C O N D A R Y T R A N S M IT T E D D A T A 14.
T R A N S M ÍT CLOCK 15.
S E CO ND A RY RECEIV ED D A T A 16.
R ECEIVER CLOCtC 17.
UNASSIG NED 18.
S ECO ND ARY REQUEST TO S E N D 18.
D A T A T E R M IN A L R E A D Y 20.
SIGNAL QUALfTY DETECTOR 21.
R ING IN D IC ATO R 22.
D A T A R ATE SELECT 23.
E X T E R N A l CLOCK 24.
U NASSIGNED 25.
DTE connector face
contad numbering
(Male connedor)
1. PROTECTIVE GR O U N D
2. T R A N S M ÍT T E D D AT A
3. R ECEIVED D A T A
4. REQUEST T O SEND
5. C LE A R T O SEND
6. D A T A SET R E A D Y
7. SIGNAL GROUND
8. D A T A C AR R IER DETECT
1
2 3
4
5 6
7
8 8
18 11 12 13
16 17 18 13 2 0 21 2 2 2 3 24 25
3. RESERVED
DCE connector face
contact numbering
(Female connedor)
10. RESERVED
11. UNASSIGNED
12. SECO ND ARY D A T A C AR R IER DETECT
13. SECO ND ARY C LE A R T O SEND
Figura 1.2.1
C o n ecto r para co m u nicació n bajo norma RS-232.
1.2.1.2 Paso de señales eléctricas por la interface
El estándar RS-232 fue creado para realizar com unicaciones serie punto a punto
a velocidades <=20 kbps. Lo que realm ente está lim itado es la longitud del pulso,
siendo esta longitud inversam ente proporcional a la velocidad, por lo que podemos
aum entar la velocidad si dism inuim os la longitud del cable o bien aum entar la lon­
gitud del cable si dism inuim os la velocidad de transm isión.
Señales de la interface. La recom endación RS-232 establece que la señal de cual­
q uier contacto puede estar según se indica en la siguiente tabla:
Señales d e la interface RS-232
Negativo
Positivo
Tensión RS-232C (v)
-3 a -15
+3 a +15
Tensión RS-232D (v)
-3 a -25
+3 a +25
Tensión de transición (v)
Estado binario
Condición de señal
Función
-3 a +3
1
0
Marca
Espacio
No activa (off)
Activa (on)
.. ............................ ... .......... ................ .................................
j
Tabla 1.2.1
C o n ecto r p ara co m u nicació n bajo norma RS-232.
El estándar RS-232 utiliza tensiones de - 12 y +12 voltios para definir los distintos
estados de la señal.
21
U nidad 1 • Redes de co m u n ica cio n e s in d u striale s
+ 25 V
+3 V
- 3 V
-2 5 V
Figura 1.2.2
Señales por la ¡n te rfa ce RS-232.
Sólo el 4% del tiem p o de cada periodo de bit es el que se debe u tilizar para realizar
una tran sició n (paso de -3 a +3 vo ltio s, o v ice ve rsa ).
La capacidad del co nd u cto r se com porta com o un fre n o a los cam bios de ten sió n .
Si la velocid ad es m uy ráp ida, la capacidad del co nd ucto r puede p ro vo car lectu ras
erró n e as de la inform ació n tra n sm itid a . La norm a estab lece que la velocidad m áxi­
ma es de 20 kbps y que la capacidad del cable no debe su p erar los 2 .5 0 0 pF, com o
los cab les que se suelen u tilizar tien en una capacidad de en tre 130 y 170 pF por
m etro de longitud.
Longitud máxima
= Capacidad máxima / Capacidad del conductor por metro
= 2.500 pF
/ 170 pF/m
= 14,7 metros
V eam os un ejem p lo de qué es lo que llegaría al equipo recep to r en el peor de los
casos si se incluye en el canal de co m u nicació n el efecto cap acitivo y los ruidos ex­
te rn o s. En p rim er lugar, rep resen tam o s la señal b inaria que q u erem o s e n viar desde
el equipo tra n sm iso r al equipo receptor. En este ejem p lo se rep resen ta en código
ASCII el ca rá cte r "H" que en binario es 01001000.
0
jSsTART |
0
0
1
0
0
DATOS
1
0
pA R ¡
: STOP |
Figura 1.2.3
Señal digital del ASCII “ H” por la in te rfa ce RS-232.
El siguiente paso es re p re se n tar la señal eléctrica ideal sin ninguna in te rfe re n cia , es
decir, que si se q uiere e n viar un nivel alto ("1 " lógico) la ten sió n a e n viar será de - 25
vo ltio s; y si por el co ntrario es un bit de nivel bajo ("0 " lógico), la ten sió n deb erá ser
de + 25 v.
22
U nidad 1 • Redes de co m u n ica cio n e s in d u stria le s
v i i
START
0
0
0
1
0
0
1
0
Paridac STOP
+ 25 v
+3v
t
-3 v
- 25 v
Figura 1.2.4
Señal e lé ctrica id eal del ASCII “ H” por la ¡n te rfa ce RS-232.
Ahora re p re sen tam o s la señal aplicánd o le el efecto cap acitivo del m edio de tra n s­
m isión . A m ayor cap acid ad , el flan co de subida y bajada se hace m ás plana y por
tan to m ayor tiem p o en la zona de tran sició n .
Figura 1.2.5
Señal e lé c tric a real del ASCII “ H” por la in te rfa ce RS-232.
Y por últim o, rep resentam o s la señal real que llegará al equipo receptor si adem ás de
lo a nterio r queda m odificada por los ruidos acoplados al canal de com unicación.
Figura 1.2.6
Señal e lé c tric a real co n interferencias del ASCII “ H” por la in te rfa ce RS-232.
23
Unidad 1 • Redes de com unicaciones ind ustriales
1.2,1.3 Función de ca d a señal y subconjunto
de señales para ciertas aplicaciones
En la siguiente tabla se muestra la asignación de patillas de los conectores estandariza­
dos para la comunicación serie RS-232C relacionando la señal y la función que realiza.
Contacto
Señal
1
GND
Tierra de protección
DCE
Menos usadas
2
TD
Transmisión de datos
DTE
Datos
3
RD
Recepción de datos
DCE
Datos
4
RTS
Petición de envío
DTE
Control de flujo
5
CTS
Preparado para transmitir
DCE
Control de flujo
6
DSR
Módem preparado o línea de datos preparada
DCE
Control de flujo
7
SG
Tierra de señal
8
CD
Detector de portadora
9
NC
Reservado para pruebas (+Vcc)
Pruebas
10
NC
Reservado para pruebas (-Vcc)
Pruebas
11
NC
Selección de la frecuencia de transmisión
12
SCD
Detector de portadora secundaria
DTE
Menos usadas
13
SCS
Listo para envío secundario
DTE
Menos usadas
14
STX
Transmisión de datos secundario
DCE
Menos usadas
15
TC
Temporización de transmisión por DCE
DCE
Menos usadas
16
SRD
Recepción de dato secundario
DCE
Menos usadas
17
RC
Temporización de recepción
DTE
Menos usadas
18
NC
No asignado
19
SRS
Solicitud envío secundario
DCE
Menos usadas
20
DTR
Terminal de datos preparado
DTE
Control de flujo
21
SQ
Detector de calidad de la señal
DTE
Menos usadas
22
Rl
Indicador de señal de llamada acústico
DCE
Líneas de módem
23
DRS
Selector de frecuencia de portadora
DTE
Menos usadas
24
ETC
Selector de frecuencia de portadora
DCE
Menos usadas
25
NC
No asignado
T abla 1.2.2
24
Función
Origen de la señal
Tipo de señal
Tierra común
DCE
Líneas de módem
Pruebas
U nidad 1 • Redes de co m u n ica cio n e s in d u stria le s
Hasta ahora to d as las esp e cifica cio n e s a nivel de co ntacto s que se han d escrito co ­
inciden con la norm a RS-232 de 25 co ntacto s (D B-25). Sin em bargo, se su ele en co n ­
tra r con b astante fre cu e n cia esta norm a pero reducida a 9 co ntacto s (D B-9).
Equivalencias de conectores DB-9 y DB-25
Dato
E/S
RS-232
DB-25
DB-9
SG
7
5
TD
2
3
S
RD
3
2
E
RTS
4
7
S
CTS
5
8
E
DSR
6
6
E
DTR
20
4
S
CD
8
1
E
Rl
22
9
E
Tabla 1.2.3
El DB-9 utiliza los nueve co ntacto s que para una co m u nicació n asincro na son nece­
sario s y, a su vez, realizan las m ism as fu n cio n es que el e stán d a r de 25 co ntacto s.
1 .2 .1 .3 .1
Señales interconectadas entre em isor y receptor
Las se ñ a le s que se intercam b ian en tre el te rm in a l (D TE) y el m ódem (D CE) en el
proceso de una co m u nicació n son las sig uientes:
GND (contacto 1). Tierra de protección (Protective Ground).
• Co nectad o g en eralm en te al chasis del equipo.
• En algunas o casio n es incluso a una señal de tie rra exte rn a .
• Tam bién se utiliza para a p a n ta lla r un cable protegido de fo rm a que m in im ice las
in te rfe re n cia s p ro d ucid as por alto s niveles de ruidos.
SG (contacto 7). Tierra de seña l (Signal Ground).
• Es la referen cia del resto de se ñ a le s de la in te rface com o son las se ñ a le s de d a­
to s, de relo j, de co ntro l, etc.
• La ten sión que debe te n e r este co ntacto debe ser siem p re de 0 vo ltios.
• A p esar de que esta señal es to ta lm e n te ind e p e n d ien te de la del co ntacto 1, en
algunas o casio n es éstos se e n cu en tran unidos fo rm an d o una tie rra co m ún.
Figura 1.2.7
Conexión d e las señales GND y SG.
25
Unidad 1 • Redes de com unicaciones ind ustriales
TD o TxD (contacto 2). Transmisión de datos (Transmited Data).
• Por esta línea se envían las señales de datos desde el equipo emisor al transmisor.
• Cuando no se transmite ningún dato, este contacto debe encontrarse a nivel lógico 1.
RD o RxD (contacto 3). Recepción de datos (Receive Data).
• Por esta línea se reciben las señales de datos que se transm iten desde el equipo
emisor.
• Cuando no se recibe ningún dato, este contacto debe encontrarse a nivel lógico
1 por efecto del TxD del transm isor.
Figura 1.2.8
Señales para el intercambio de datos.
RTS (contacto 4). Petición de envío (Request to send).
• Esta señal es enviada desde el em isor al receptor para indicarle que tiene datos
para enviar.
• Antes de em pezar a tran sm itir datos, el em isor debe recibir la señal de CTS del
receptor, por su contacto 5, que le indica que éste está listo para recibir.
CTS (contacto 5). Preparado para transmitir (Clear To Send).
• Cuando se tiene activado este contacto, indica que el equipo con el que nos
querem os com unicar está preparado.
• En el receptor se activará esta señal después de que el emisor active su señal de RTS.
• Las señales de RTS y de CTS también se pueden utilizar como control de flujo de datos
entre emisor y receptor. Para que estas señales puedan ser reconocidas como indica­
dores de flujo de datos, el software de comunicaciones debe estar configurado para
mantener un control de flujo RTS/CTS también llamado control de flujo hardware.
Figura 1.2.9
Señales para el control de flujo de datos.
DSR (contacto 6) DCE preparado (Data Set Ready).
• Este contacto indica el estado en el que se encuentra el DCE.
• Cuando está a nivel lógico 0, es decir circuito activo, indica que el DCE está listo
para tran sm itir datos.
26
U nidad 1 • Redes de co m u n ica cio n e s in d u stria le s
DTR (contacto 20) Terminal de datos p rep a rad o (Data Terminal Ready).
• Cuando este co ntacto está con señal a ctiva, le indica al DCE que el DTE está p re­
parado para la co m u nicació n .
• Si la señal no está a ctiva, el recep to r co rtará la co m u nicació n en curso.
Figura 1.2.10
Señales p ara eal control d e los equipos.
Rl (contacto 22) Indicador de llam ada (Ring Indicator). Este co ntacto indica al DTE
que se está recib ien d o una llam ada por el canal de co m u n icacio n es. En resp uesta a
esta señal de lla m ad a , el DTE le envía una ten sió n al co ntacto 20 (D TR), que le indica
al DCE que atien d a la llam ad a.
CD (contacto 8) Detección de portad ora (Carrier D etect).
• Tam bién se le conoce com o d etecto r de la señal de la línea recibida o com o d e­
tecció n de una p ortad o ra de datos. Con una señal en este co ntacto el recep to r
indica al e m iso r que está recib iendo una señal de p o rtad o ra, que no es m ás que
un ton o a una fre cu e n cia d e te rm in a d a.
• Esta señal debe e sta r p re sen te d u ran te todo el tiem p o que dure la co m u ni­
cació n .
1.2.1.3.2 Proceso seguido para una co m u n icació n
C uando dos eq uipos se q u ieren co m u n icar realizan el sigu iente proceso:
• Co m p ro b ación de que tan to el em iso r (D TE) com o el recep to r (D CE) están p re­
parad os, alim e n tad o s, sin ningún erro r, etc. (señ ales DTR/D SR).
• El em iso r (D TE) q u ie re e n viar datos y le pregunta al recep to r (DCE) si está p re p a ­
rado para recib ir (señal RTS del em iso r (D TE) al CTS del DCE).
• El em iso r (D TE) espera que el recep to r (D CE) le resp on da, activan do éste la señal
CTS del em iso r (D TE) m ed ian te el co ntacto RTS del recep to r (D CE).
• El em iso r (D TE) envía la señal de datos del co ntacto Tx al recep to r (D CE) que la
recib e por el co ntacto Rx.
Tanto si se utiliza el co n e c to r DB-9 com o el D B-25, nos p odem o s e n c o n tra r con
ca b le s de co m u n ica cio n e s en los que las co n e xio n e s p u eden se r d ife re n te s, d e ­
p en d ie n d o de los e q u ip o s a co m u nicar. A co n tin u ació n se m u estra un e je m p lo , la
sig u ie n te co nexió n p e rm ite co n o ce r si hay algún d isp o sitivo co n e ctad o en el otro
e x tre m o y a d e m ás re a liz a r un co ntro l del flu jo por h a rd w a re por las lín e a s RTS/
CTS.
27
Unidad 1 • Redes de com unicaciones industriales
C a b le c o n e x ió n Nuil M o dem (2)
DTE (emisor)
Canal comunicaciones
DB9
DB25
Señal
3
2
TX
2
3
RX
5
7
4
Sentido
DCE (receptor)
Señal
DB25
DB9
TX
2
3
RX
3
2
SG
SG
7
5
20
DTR
DTR
20
4
6
6
DSR
DSR
6
6
1
8
CD
CD
8
1
7
4
RTS
RTS
4
7
8
5
CTS
CTS
5
8
9
22
Rl
Rl
22
9
4 *r—
* ............ ........ c
i
>
Tabla 1.2.4
1.2,1.3.3 Tipo de transmisión
En la norm a RS-232 se utiliza el tipo de transm isión sim ple, tam bién llam ado Single-
Ended, que se caracteriza por:
• U tilizar un único hilo o cable, referenciado a una masa común (no balanceado
o equilibrado).
• El dato se obtiene de la señal que llegue por ese hilo.
• Se em plea para distancias cortas y bajas velocidades de transm isión.
A continuación se m uestra cómo afecta el posible ruido, que se pueda incorporar
al canal de com unicación, a los equipos que como la norm a RS-232 son del tipo de
transm isión sim ple.
Figura 1.2.11
Transmisión RS-232 sin interferencias en el ca n a l de com unicación.
Figura 1.2.12
Transmisión RS-232 con interferencias en el ca n al de com unicación.
28
U nidad 1 • Redes de co m u n ica cio n e s in d u stria le s
Lo que nos indica que es un sistem a b astante vu ln e ra b le a las posibles in te rfe re n ­
cias y, por tanto , se lim ita a co m u nicacio n es de co rtas d istancias.
+ 5 V IN P U T
Figura 1.2.13
Circuitos co m erciales que integran la norma RS-232.
1 . 2.2 Norma física RS-422
Para m ayores velo cid a d es, so b re distancias grandes y bajo co nd icio n es de elevado
ruido , la tran sm isió n de datos e n tre co m po n en tes y p erifé rico s utilizando la norm a
RS-232 con una sola línea de datos se hace m uy d ifícil. La solución que se planteó
ante las nuevas exig en cias de la ind u stria fu e la de u tilizar una línea d iferen cial que
o frece las sig u ie ntes ca ra cte rística s:
• Utiliza dos hilos resp ecto a una m asa.
• El dato recibido se ob tien e de la d iferen cia de te n sio n e s e n tre dos hilos.
• Perm ite m ayores d istancias de tran sm isió n que la tran sm isió n sim p le.
• Es m ás inm u n e al ruido elé ctrico .
Por otro lado, m ientras la norm a RS-232 establece una diferencia de tensión de salida
entre el estado activo y no activo de 6 vo ltios, es decir, zona de transición entre +3 y
-3 voltios, la norm a RS-422 dism inuye esta diferencia hasta los 4 voltios (entre + 2 y - 2
vo ltios). Esto hace posible el hecho de poder tran sm itir datos a m ayor velocidad por
un m ism o cable, ya que la característica eléctrica de la capacidad tien e m enos tiem p o
para fre n a r los cam bios de estado y por tanto los tiem p os de los periodos de cada bit
pueden ser m enores. Otra de las ven tajas radica en el hecho de poder interco nectar
equipos tran sm iso res y receptores que utilicen la alim entación de 5 voltios disponible
en los ord enad ores, por lo que no es necesaria una alim entació n auxiliar.
Figura 1.2.14
Señales eléctricas por la interface
RS-422.
29
U nidad 1 • Redes de co m u n ica cio n e s in d u stria le s
Las se ñ ale s que utiliza esta norm a son las sig u ien tes:
Señal
Definición
Tx+ o TD+
Señal no invertida transmitida al canal de comunicaciones
Tx- o TD-
Señal invertida transmitida al canal de comunicaciones
Rx+ o RD+
Señal no invertida recibida a través del canal de comunicaciones
Rx- o RD-
Señal invertida recibida a través del canal de comunicaciones
FG
Masa de protección
Tabla 1.2.5
En la norm a RS-422 se utiliza el tipo de tran sm isió n d iferen cial Full-D uplex que se
caracteriza por:
• U tilizar dos hilos o ca b les, referen ciad o a m asa.
• El dato se ob tien e de la d iferen cia de la señal e lé ctrica en tre los dos hilos que
co m po nen el canal de co m u nicació n .
• El hecho de que el tip o de tran sm isió n sea Full-D uplex indica que cada equipo
puede e n v ia r y recib ir de fo rm a sim u ltá n ea al u tiliza r can ales d iferen tes.
• Esta norm a RS-422 p erm ite velo cid a d es de hasta 10 M bps y d istan cias de hasta
un m áxim o de 1 .200 m etros.
• Esta norm a física p erm ite la configuración de una red con un m áxim o de 32
e stacio n es de trab a jo .
Figura 1.2.15
Transmisión diferencial a p lic a d a a la norm a RS-422.
A co ntin u ació n se m u estra cóm o se elim ina el efecto del posible ruido que se pueda
in co rp o rar al canal de co m u nicació n .
Un sistem a diferencial p erm ite elim in ar los posibles ruidos que se puedan incorporar
en el canal de co m unicació n, ya que realiza la diferencia en tre los valo res de la señal
eléctrica en cada m om ento. Por tanto RD = [TD+] - [TD-]. En la figura 1 .2 .1 6 . se ob ser­
va cóm o se realiza el sistem a para la obtención de la señal que leerá el receptor.
Figura 1.2.16
Transmisión sin interferencias en un sistema diferencial.
30
U nidad 1 • Redes de co m u n ica cio n e s in d u stria le s
En el su p u esto de que se in co rp o raran ruidos en el canal de co m u nica ció n , tal ruido
q u ed aría incorpo rad o de igual m anera tanto en la señal TD+ com o en la TD-, ya que
se produce dentro de la lín ea. Por tanto , ap licand o la m ism a técn ica para la o b ten ­
ción de la señal en el recep tor, te n d ría m o s:
Figura 1.2.17
Transmisión co n interferencias en un sistema diferencial.
O tra de las grandes d ifere n cia s que se incluyó en esta norm a RS-422 con resp ecto
a la RS-232 es el hecho de poder p asar de tra b a ja r de fo rm a punto a punto en tre
dos equipos a poder realizar una red con un m áxim o de 32 equipos co m p artien d o
el canal de co m u n icacio n es.
En una configuración en red trab a ja n d o bajo la norm a RS-422 se debe asig nar a un
eq uipo el estatu s de estación p rincipal o p rim a ria , siendo el resto de equipos p arti­
cip an tes estacio n es se cu n d a ria s.
Com o su ced e en la m ayoría de red es, se deberá co lo car resisten cias te rm in a d o ra s
(Rt) en los extre m o s de cada canal para m a n te n e r en todo m o m en to la im pedancia
en la línea.
Figura 1.2.18
Configuración esq u e m ática d e una red en la norma RS-422.
Com o se puede o b se rv a r en la figura 1 .2 .1 9 , las p osib ilidades de co m u nicació n son
las sig u ie ntes:
• La estación p rim aria puede co m u n icarse d ire cta m e n te con el resto de e sta cio ­
n es, tan to para e n via r com o para recibir.
• Las e stacio n e s se cu n d a ria s no pueden co m u nica rse d ire cta m e n te e n tre sí, ni
para e n viar ni tam po co para recibir. Para poder realizar esta o p era ció n , deberá
p asar p re via m en te por la estació n p rim a ria.
31
U nidad 1 • Redes de co m u n ica cio n e s in d u stria le s
ESTACIÓN 1
ESTACIÓN 2
Hasta 32 estaciones
Figura 1.2.19
Configuración multifilar d e una red en la norma RS-422.
Existen en el m ercad o d iferen tes circu ito s e lectró n ico s que integran la norm a RS4 22 que fa cilitan la co nstru cció n de éstos en equ ipo s in d u striale s, com o por e je m ­
plo los que se m u estran en la figura 1 .2 .2 0 .
Figura 1.2.20
Circuitos co m erciales q u e integran la norm a RS-422.
U nidad 1 • Redes de co m u n ica cio n e s in d u striale s
1 . 2 . 3 , Norma física RS-485
Para so lv e n ta r algunos de los p ro b lem as que p resentab an las a n te rio res n o rm as, la
EIA d efinió un nuevo están d a r: la RS-485. Introducida en 1983, es una versión m ejo ­
rada de la RS-422. Se considera com o in te rface m ultip u nto y p erm ite la co m u n ica ci­
ón de hasta 32 eq u ipo s e m iso res-recep to res en un bus de datos co m ú n, por lo que
dispone del te rc e r estad o (h ab ilitació n ) para que no existan co lision es en el canal de
co m u n icació n , satisfacien d o al m ism o tiem p o los req u erim ien to s de la RS-422.
La norm a RS-485 se basa ta m b ién , y al igual que la RS-422, en un sistem a diferen cial
que p e rm ite e lim in a r los posibles ruidos que se puedan in co rp o rar en el canal de
co m u nicació n (v e r figuras 1 .2 .1 6 y 1 .2 .1 7 ).
A efectos e lé ctrico s, son co m patibles to ta lm e n te con la norm a RS-422. Los niveles
lógicos referid o s a los e léctrico s son:
+6 V
“ V’
+ 1,5 V
- 1,5 V
“ 0”
-6 V
Figura 1.2.21
Señales eléctricas por la interface RS-485.
Las se ñ ales que utiliza esta norm a son las sig u ientes:
Señal
Definición
A o D+
Señal de emisión/recepción no invertida transmitida al canal de comunicaciones
BoD-
Señal de emisión/recepción invertida transmitida al canal de comunicaciones
FG
Masa de protección
Tabla 1.2.6
En la norm a RS-485 se utiliza el tip o de tran sm isió n d iferencial Half-Duplex que se
caracteriza por:
• U tilizar dos hilos o cab les, referen ciad o a m asa.
• El dato se o b tien e de la diferencia de la señal eléctrica en tre los dos hilos que
com ponen el canal de co m u nicació n .
• El hecho de que el tipo de tran sm isió n sea H alf-D uplex indica que cada equipo
puede e n viar y recibir, pero no de fo rm a sim u ltá n e a .
• Esta norm a RS-485 p erm ite velo cid ad es de hasta 10 M bps y d istancias de hasta
un m áxim o de 1 .2 0 0 m etros.
• Esta norm a física p erm ite la configuración de una red con un m áxim o de 32
estacio n es de trab a jo .
La norm a RS-485 incorpo ra un te rc e r estado que p erm ite que un equipo se pueda
co lo car en estado de alta im p e d an cia, y por tan to no lee nada, es com o si se en co n ­
trara d esco n ectad o de la línea.
33
U nidad 1 ■Redes de co m u n ica cio n e s in d u striale s
N o rm alm en te la hab ilitació n se en cu en tra en estado de recepción "0". Si se q uiere
tran sm itir, bastará con poner un "1" en la en trada de h abilitació n co rresp o n d ien te.
Figura 1.2.22
Transmisión diferencial a p lic a d a a la norm a RS-485.
Existen b astan tes a p licacio n es dentro de las co m u n icacio n es ind u striales en las que
la norm a RS-485 es la utilizada para tran sm isió n de datos, com o es el caso de PROFIBU S.
Controlador
Convertidor de frecuencia
Terminales de operador
Módulo de E/S
Módulo de E/S
Figura 1.2.23
Ejemplo d e una red Profibus co n diferentes com ponentes.
Las p rin cip ales ca ra cte rística s son que la longitud m áxim a es de a p ro xim ad am en te
1 .2 0 0 m etro s a una velocidad de 90 kbps, y la velocidad m áxim a del en lace es de 10
M bps. Com o en cu a lq u ie r sistem a de co m u n icacio n es, la velocidad y longitud del
en lace están in versam e n te rela cio n a d as: si deseam o s o b ten er la m áxim a velo cid ad ,
el cable deberá se r de unos pocos m etro s y vice ve rsa .
La norm a estab lece que el núm ero m áxim o de equ ipo s será de 32, pero con recep ­
to res de alta im ped an cia se pueden alcanzar los 256 equipo s. Los a d ap tad o res RS48 5 utilizan una fu en te de a lim en tació n de 5 vo ltio s para sus circu ito s.
En la figura 1 .2 .2 4 se puede o b se rvar que cada equipo del en lace dispone de un
ad ap tad o r con las lín eas TD /RD y hab ilitació n (T - /R ) para co n tro la r el m odo de
fu n cio n a m ie n to del eq uipo :
• Cuando esta en trad a tie n e un "0", el equipo se en cu en tra en m odo recep ción y
puede e scu ch ar el tráfico en la red.
• Cuando esta en trad a de control se pone a "1", el equipo se pondrá en m odo
tran sm isió n y es cuando éste está en disposición de poder e n viar datos a la
red.
34
U nidad 1 • Redes de co m u n ica cio n e s in d u stria le s
En una configuración en red trab a ja n d o bajo la norm a RS-485 cu a lq u ie r equipo pue­
de co m u n icarse con el resto, lo que rep resenta una ven taja con resp ecto a la RS4 2 2 , aun q u e por otro lado com plica el control de acceso a la red.
ESTACIÓN 1
ESTACIÓN 2
Hasta 32 estaciones
Figura 1.2.24
Configuración multifilar d e una red en la norma RS-485.
Al igual que sucedía en la norm a RS-422, y com o tam b ién sucede en la m ayoría de
red es, se d eb erán co lo car resisten cias te rm in a d o ras (Rt) en los extrem o s del canal
de co m u n icacio n es para m a n te n e r en todo m o m ento la ¡m pedancia en la línea y
que es del orden de los 120 ohm ios.
Figura 1.2.25
Configuración esq u e m ática d e una red en la norma RS-422.
Existen en el m ercad o d iferen tes circu ito s electró n ico s que integran la norm a RS4 22 que fa cilitan la co nstru cció n de éstos en equipos in d u striale s, com o por e je m ­
plo los que se m u estran en la figura 1 .2 .2 6 .
35
U nidad 1 • Redes de co m u n ica cio n e s in d u striale s
ro[T
RE [7
DE ¡7
DI |T t i -
Tjvcc
7] B
7] A
Jgnd
MAX 481
MAX 483
MAX485
MAX487
DIP/SO
Figura 1.2.26
Circuitos com erciales q u e integran la norm a RS-485.
A co ntin u ació n se p resenta una tab la, a m odo de resu m en , de las d iferen tes norm as
físicas d esarro llad a s en este capítu lo.
Parámetros
RS-232C
RS-422-A
RS-485
Modo de trabajo
Unipolar
Diferencial
Diferencial
Número de emisores y receptores
1 emisor
1 receptor
1 emisor
32 receptores
32 emisores
32 receptores
Longitud máxima del cable
15 metros
1.200 metros
1.200 metros
Velocidad de transmisión máxima
20 kbps
Hasta 10 mbps
Hasta 10 mbps
Número de líneas
Hasta 25 (datos
y control)
Hasta 4 (datos y control
por software)
2 (datos y control
por software)
Tipo de cable
Cable específico (hilos
tantos como señales)
Par trenzado (2 pares)
Par trenzado (1 par)
Topología que admiten
Punto a punto
Multipunto (punto
a punto desde principal
a secundarias)
Anillo
Punto a punto
Multipunto
Anillo
Bus
Simultaneidad en la transmisión
Simplex
Half dúplex
Full dúplex
Full dúplex
Half dúplex
+ /-5 V
+/-15 V
+/-2V
+ /-6 V
+/-1/5 V
+ /-6 V
Tensión de salida del emisor
Sin cargar
Cargado
Tabla 1.2.7
1.3 Técnicas de control de flujo
En m u ch as o casio n es el equipo em iso r es m ás rápido en e n viar la inform ació n que
el equipo re cep to r en p ro cesarla . El ejem p lo m ás claro es el de un o rd en ad o r co ­
nectado a una im p reso ra. En estos casos el equipo recep to r no es capaz de p ro cesar
los datos a la m ism a velocidad que le están llegando. El equipo em iso r ha de estar
inform ad o de esta situ ació n para que deje de e n viar inform ació n al equipo receptor.
A esto se le conoce com o control de flu jo . Para so lu cio nar de form a m ás eficaz este
p roblem a existen dos m ecan ism o s, que so n:
• Control de flu jo por h ard w a re o h ard w a re flo w co ntro l.
• Control de flu jo por so ftw a re o so ftw a re flo w co ntro l.
36
Unidad 1 • Redes de co m u n ica cio n e s in d u striale s
1. 3.1 Control de flujo por hardware
Cuando un eq uipo em iso r se dispone a e n viar datos a otro receptor, se realiza la
sig u iente se cu e n cia :
• El e m iso r le envía al equipo recep to r una señal de petición de tran sm isió n co no ­
cida com o RTS ( Request to Send). Esta señal co nsiste en p oner a "1" el contacto
4 de la in te rface RS-232 del equipo em isor.
• Esta señal será recogida por el recep to r a travé s de su co ntacto 5 CTS (Clear to
Send).
• Si el equipo rece p to r está preparado para recibir, resp onde activando su co n tac­
to 4 RTS (Request to Send)
• Esa señal será recogida por el em iso r a travé s de su co ntacto 5 CTS (Clear to
Send).
• Llegado a este punto, se inicia la tran sm isió n de la inform ació n desde el em iso r
hacia el receptor.
Se conoce com o control de flujo por hard w are al hecho de que el control se realiza
m ediante un cable físico que une el em iso r con el recep tor y que son los siguientes:
Transmisión / recepción de d ato s: T x / Rx
Listo para e n v ia r/re cib ir: R T S /C T S
Equipos p reparad o s: DTR / DSR
Figura 1.3.1
Conexiones entre emisor y recep tor p ara el control de flujo por hardw are.
1 . 3.2 Control de flujo
por software XON/XOFF
En este caso no es n ecesario u tiliza r una línea de control física (cable en tre em iso r y
rece p to r), sino que se utilizan dos ca ra cte re s e sp ecia le s de co ntro l, que son:
XO FF:
ASCII 19
CTRL+Q DC1 o D evice Control 1
XON:
ASCII 17
CTRL +SDC3 o Device Control 3.
Tx
EM ISO R
—
- ..........................
Rx
w
Rx
1X
RECEPTO R
Figura 1.3.2
Conexiones entre emisor y recep tor p ara el control d e flujo por software.
Estos ca ra cte re s de control son utilizados por el recep to r para indicar al em iso r que
detenga o rean u d e el envío de datos.
37
Unidad 1 • Redes de com unicaciones industriales
A este tipo de control de flujo se le conoce como Softw are Flow Control o Softw are
Handshaking, control de flujo por softw are, ya que los caracteres Xon y Xoff son
generados por softw are.
El carácter de control Xoff lo utiliza el receptor para detener el flujo de datos. Por su
parte, el carácter Xon perm ite reanudar el envío de datos.
1.4 Técnicas de control de errores
Se define como error el hecho de que un bit de un mensaje sufra una inversión durante
una transmisión. Esto convierte un mensaje en ilegible, y por tanto puede inutilizar todo
el costoso proceso de transmisión. Los errores pueden ser debidos al hecho de que los
circuitos físicos por los que se establece una comunicación están sometidos a multitud de
ruidos y distorsiones que hacen que la señal que el terminal emisor introduce por un ex­
tremo no sea exactamente igual a la señal que el circuito le entrega al terminal receptor.
Hay dos problem as que resolver m ediante:
• M étodos de detección de errores.
• M étodos de corrección de errores.
En aplicaciones industriales solam ente se utilizan métodos de detección de errores
acom pañados de la petición de retransm isión, ya que los m étodos de corrección
de errores son bastante com plejos y tan sólo se utilizan en situaciones extrem as,
generalm ente cuando la propagación es muy grande como son las com unicaciones
espaciales, resultando más eficaz la aplicación de estas técnicas que volver a re­
tran sm itir el m ensaje erróneo.
Se han desarrollado varias técnicas para detectar y corregir errores. Pueden distin­
guirse dos grupos:
• M étodos basados en el control de la paridad.
• M étodos algebraicos.
1. 4.1 Métodos de detección de errores
1.4.1.1 Códigos de control de paridad
Este método, llamado también geométrico, se basa en añadir un bit (de paridad) a cada
uno de los caracteres transmitidos. Este bit debe tener el valor cero o uno, de forma
que haga que el número total de unos del carácter, contando el bit de paridad, sea
un número impar (paridad impar) o un número par (paridad par). El terminal receptor
cuenta ei número de bits unos de cada carácter, comprobando que dicha suma dé como
resultado un número impar si el método utilizado es de paridad impar, o par si el méto­
do utilizado es de paridad par. Si todo es correcto, se continúa con la transmisión; de lo
contrario, se le indica al terminal emisor que le vuelva a retransmitir la trama errónea.
A continuación se muestran varios ejemplos del control de paridad. En este primer caso se
ha configurado como parámetro de comunicación que el bit de pandad sea "impar":
Carácter
Estado del bit de paridad
0101 1110
0
0111 0000
0
0010 1010
0
0000 1100
1
T ab la 1.4.1
38
;
Unidad 1 • Redes de co m u n ica cio n e s in d u stria le s
Si, por el contrario, se ha configurado el bit de paridad como "par", entonces será:
Carácter
Estado del bit de paridad
0101 1110
1
0111 0000
1
0010 1010
1
0000 1100
0
Tabla 1.4.2
Puede darse el caso de que se elija el te rce r tipo de p aridad: que en lugar de par
(even ) o im p ar (o dd ), sea ninguna (no n e) q u eriend o decir que no se añadirá ningún
bit de p aridad ; por ta n to , en este caso no existirá control del error.
1.4.1.2 Suma de com probación
El m étodo a n te rio r tan sólo sirve para d etecta r el e rro r que se pueda p roducir en un
bit, pero no si existen erro re s en un núm ero par de bits, es decir, que si en un m ism o
ca rá cte r se m odifican el estado de dos bits, este m étodo no lo d e te cta rá. Para e vita r
esto, algunos protocolos inclu yen al final de cada tram a un ca rá cte r de co m p ro b a­
ción de erro r, ca rá cte r conocido com o ca rá cter de com probación horizontal. Lo que
co ntien e es el bit de paridad de cada posición de los ca ra cte re s en viad o s. Si a p lica ­
m os esto al ejem p lo en el que co nfiguram o s com o paridad "im p a r", ten d rem o s lo
siguiente cuando no existe e rro r en la tran sm isió n :
Carácter
Estado del bit de paridad
0101 1110
0
0111 0000
0
0010 1010
0
0000 1100
1
11110111
0
Tabla 1.4.3
Para el m ism o caso en el que sí existe un e rro r en la tran sm isió n , el ca rá cte r se ría:
Carácter
Estado del bit de paridad
0101 1110
0
0111 0000
0
0010 1010
0
0100 1100
0
1011 0111
1
Tabla 1.4.4
Un sistem a que utilice la paridad ve rtical y la horizontal podría llegar a d e te cta r y
co rreg ir todo s los e rro re s de un bit en un solo carácter.
39
U nidad 1 • Redes de co m u n ica cio n e s in d u stria le s
1.4.1.3 Ecoplexión
La técn ica de la eco p lexión co nsiste en que el recep to r d evu elve cada ca rá cter en
cuanto lo recib e. De esta m anera el em iso r puede co m p ro b ar si los ca ra cte re s e fe c­
túan todo el reco rrid o sin se r m odificados.
Este sistem a no es m uy co rrecto , ya que cuando el em iso r recibe con erro res un
ca rá cte r d evu elto no es posible d e te rm in a r si el recep to r lo recibió en buenas co n d i­
cio n es y se in tro du jero n los erro re s en el trayecto de vu e lta , o si el dato ya contenía
erro res al llegar al d estino. De cu a lq u ier fo rm a , el em iso r sabe que hay an o m alías
en el sistem a. No es un m étodo alta m en te utilizado.
1.4.1.4 Códigos de redundancia cíclica o CRC
Este código de redund ancia cíclica es el m ás utilizado. Es un m étodo algebraico,
tam b ién llam ado co nvolucio nal o p olinó m ico, que co nsiste en agregar al fin al de
cada tram a una se cu en cia de bits, llam ada secu en cia de verificació n de tra m a , SVT,
la cual habilita al re cep to r a co m p ro b ar si se ha producido un e rro r en la tra n sm i­
sión. La SVT está ligada m ate m ática m e n te con los datos de la tra m a , por lo que el
rece p to r tan sólo deberá recalcu lar el va lo r y co m p ararlo con el recib ido. Si el valo r
co m parado resulta d iferen te, el recep to r notificará al em iso r que le vu elva a tra n s­
m itir la tra m a .
A este m étodo llam ado código de redundancia cíclica o CRC (Cyclic Redundancy
Check) y a los valo re s añadidos a la tra m a , se les llam a ca rá cte r de com pro bación de
bloque o BCC (Block Check Chorocter) o sim p le m en te red u nd an cia.
Este m étodo consiste en co nsid e ra r las se rie s de bits de los datos com o un poli­
nom io P (x), y e fe ctu ar una división con otro p olinom io conocido tanto por el e m i­
sor com o por el receptor, llam ado polinom io gen erad o r G (x). Por ejem p lo el CRC
(CCITT) es X +X +X +1. El co cien te de esta división se desecha y el resto de ésta se
añade a la tra m a , tran sm itié n d o se a co ntin uació n toda.
Existen va rio s p olinom ios g en erad o res n orm alizados:
Norma
Polinomio
CRC - 12
x 12+xn + x3+ i
C R C -16 (ANSI)
x 16+x15+x5+ i
CRC - 1 6 (CCITT)
x 16+x12+x5+ i
Tabla 1.4.5
Los CRC - 16 son códigos de redundancia que utilizan un SVT de 16 bits, detecta todas
las cadenas erróneas con longitudes iguales o m enores a 16 bits y aproxim adam ente un
99,997% de las cadenas erróneas de más de 16 bits. Este sistema, aunque parezca com ­
plicado, es fácilm ente im plementable tanto a nivel de softw are, aplicando el cociente de
los polinomios, como a nivel de hardware, realizando un circuito electrónico basado en
funciones lógicas XOR (o-exclusiva). Hoy en día los diferentes CRC normalizados se en­
cuentran en circuitos integrados.
Este m étodo no n ecesita a ñ ad ir un bit a cada carácter, tal com o sucedía en el m é­
todo de p arid ad , por lo que el núm ero de bits n ecesario s para d e te cta r los erro res
es b astan te m enor.
40
U nidad 1 ■Redes de co m u n ica cio n e s in d u striale s
8X01A & 9401 PACKAGE/PIN DESIGNATOR
SELECT CODE
POLYNOMIAL
N . F PACKAGE
PME
—
I8XG1A ONLYi
_
Poiynam ial S elaci Inputs
Data Inputs
Ciock Input [Active On High-to-iow Transition)
Check Word Enabie
P reset input [A ctive Low)
M aster Reset Input [A ctive High)
Data Output
E rro r Output [A ctive High)
Pattern Match Enabie [A ctive Lowl
s2
No Connection
ORDER N U M B E R S
N8X01A. N94Q1N
s,
REMARKS
S0
L
L
L
X16 + X ^ + X , +1
CRC-16
L
L
H
X 16 + X 14 + X + 1
CRC-16
L
H
L
X16 + X 16 + X13 + X7 + X4 + X2 + X1 + 1
L
H
H
X 12 + X11+ X 3 + X2 + X + 1
H
L
L
X8 + X7 + X5 + X4 + X + 1
REVERSE
CRC-12
H
L
H
X8 + 1
LRC-8
H
H
L
X 16 + X1¿ + X5 + 1
CRC-CCITT
H
H
H
X16 + X11+ X 4 + 1
CRC-CCITT REVERSE
* 8X01A oníy: for 9401. pin A is not connected IN/CI
Figura 1.4.1
Circuito integrado que incorpora el cá lcu lo del C R C .
1 . 4.2 Métodos de corrección de errores
Si un e rro r ha sido d etectad o en el m ensaje recib ido, se im po ne tra ta r de co rregirlo.
Existen dos filo so fías de co rrecció n :
• Co rrecció n hacia d elan te o intentan d o re co n stru ir el posible error. U tilizando in­
fo rm ació n red u n d an te que el em iso r intro du jo en el m e n sa je , el re ce p to r lo ca­
liza los bits erró n eo s y reco n stru ye el m en saje original. Su in co n ven ien te reside
en que el núm ero de bits n ecesario s para reco n stru ir la cadena de bits original
es m u y g rande, p erd iendo eficien cia el siste m a. Se utilizan m étodos esp ecia le s,
com o los llam ad o s:
M éto d o de Hamming.
M étodo de Orchard.
M éto d o de Reed-Muller.
• Corrección hacia atrás o retransm isión de la tram a. El receptor no dispone de medios
para corregir. Lo que hace es pedir al em isor que retransm ita el m ensaje erróneo. A
cam bio, se m antiene ocupada durante m ás tiem po la línea de com unicación, con lo
que el coste de la transm isión crece. Éste es el sistem a utilizado en las com unicacio­
nes industriales por ser un volum en de datos relativam ente pequeño.
1.5 Topología de redes
La topología de las redes es el aspecto físico que form an los equipos y el cableado de
los m ism os. Se pueden en co ntrar sistem as industriales con las siguientes topologías:
• Punto a punto.
• Bus.
• Á rb ol.
• A nillo.
• Estrella.
1 . 5.1 Punto a punto
Es la m ás se n cilla , ya que se basa en la conexión directa de dos equipo s. Sus p rin ci­
pales ca ra cte rística s son:
• No es n ecesario que dentro de la tram a del m en saje se incluyan las d ireccio n es,
ta n to de origen com o la de d estino.
41
Unidad 1 • Redes de com unicaciones ind ustriales
• Se pueden llegar a com unicar m ediante sistem as Half-Duplex (RS-485) o Full-Duplex (RS-422). En este último caso tam bién es innecesario el tema del acceso al
medio, ya que se pueden com unicar bidireccionalm ente y de form a sim ultánea.
• El sistem a de cableado utilizado es sencillo y a veces sin necesidad de adapta­
dores de red (interfaces).
Ventajas:
• Topología sim ple en su instalación.
• Fácil control de acceso a la red.
• Si un nodo falla, el resto puede funcionar.
• Su evolución fue hacia el tipo estrella.
Inconvenientes:
• Válido para pocos nodos, por su com plejidad en el cableado.
• M últiples tarjetas de com unicaciones.
A plicaciones:
• Pocas estaciones y distancias cortas.
Figura 1.5.1
Estructura de red en torma de punto a punto.
1 . 5.2 Bus
Una única línea, com partida por todos los nodos de la red.
Al ser un bus com partido, antes de enviar un m ensaje cada nodo ha de averiguar si
el bus está libre.
Tan sólo un m ensaje puede circular por el canal en cada m om ento.
Si una estación em ite su m ensaje m ientras otro m ensaje está en la red, se produce
una colisión.
Ventajas:
• Coste de la instalación bajo.
• El fallo de un nodo no afecta al funcionam iento del resto de la red.
• Control del flujo sencillo.
• Todos los nodos pueden com unicarse entre sí directam ente.
• La am pliación de nuevas estaciones o nodos es sencilla.
Inconvenientes:
• Lim itado en la distancia (10 km ), necesidad de repetidores por problem as de
atenuación.
42
U nidad 1 • Redes de co m u n ica cio n e s in d u striale s
• Posibilidad elevad a de co lisiones en la red.
• A ca p aram ien to del m edio cuando un nodo estab lece una co m unicació n m uy
larga.
• D ep endencia to tal del can al. Si éste fa lla , la red se paraliza.
A p lica cio n es:
• Redes in d u striale s.
• Redes LAN E th e rn e t (o b so leto ).
PLC S7-300
ET200L
ET200L
ET200L
Figura 1.5.2
Estructura d e red en form a d e bus.
1. 5.3 Árbol
Está fo rm ad o por un grupo de buses co nectad o s en tre sí, dando lugar a una e stru c­
tu ra a rb ó re a . Con este sistem a se consigue m ayor alcan ce que el p ro porcionado por
un bus sim p le, aun q u e se in crem en ta el problem a de la a ten uació n .
Este tipo de red puede a p licarse para d otar de una red por d ep a rta m en to s o zonas
in d e p e n d ien tes d en tro de una em p resa .
Figura 1.5.3
Estructura d e red en form a d e árbol.
43
Unidad 1 • Redes de com unicaciones ind ustriales
1.5.4 Anillo
Es un caso especial de la conexión en bus, en el que los dos extrem os se unen para
fo rm ar un bus cerrado en form a de anillo. Sus características principales son:
• La inform ación fluye en un único sentido.
• El m ecanism o de transm isión es dejar el m ensaje y éste circula por el anillo
hasta llegar al receptor.
• Puede circular más de un m ensaje por el anillo.
• La inserción de un nuevo equipo al anillo es fácil, tan sólo es necesario conectar­
lo físicam ente al medio de transm isión.
• El rendim iento de la red puede ser muy elevado, la velocidad la marca el equipo
más lento.
• El control es bastante sim ple desde el punto de vista hardw are y softw are.
Figura 1.5.4
Estructura de red en forma de árbol.
Ventajas:
• No existen problem as de encam inam iento, todos los m ensajes circulan por el
m ism o cam ino.
• La inserción de un nuevo nodo es fácil.
• No se producen colisiones.
• El rendim iento es alto, aunque la velocidad la marca el nodo más lento.
• No hay problem as de atenuación, cada nodo actúa como repetidor de la señal.
Inconvenientes:
• El fallo de un equipo deja el anillo fuera de servicio y por tanto la red deja de
funcionar.
• IBM lanzó al m ercado la red tipo "TOKEN RING" que hace que cuando un equipo
falle, éste se cortocircuite provocando que la red siga funcionando.
• Es válido para distancias cortas.
1.5.5 Estrella
Todos los puestos de trabajo están conectados a un mismo nodo de la red, llamado
concentrador o HUB (repetidor de la inform ación).
Este nodo central es el que controla toda la transferencia de inform ación, con lo
cual se crea una dependencia total de este elem ento, puesto que si falla dicho ele­
m ento, cae con él toda la red.
44
Unidad 1 ■Redes de com unicaciones industriales
Ventajas:
• M ayor rendim iento, ya que la inform ación va directam ente del em isor al recep­
tor sin pasar por nodos interm edios (excepto el HUB).
• Podem os añadir o suprim ir nodos con suma facilidad.
• Fácil conexionado y m antenim iento.
• Adm ite diferentes velocidades.
mm
J
“**1
m
*
— p..-w
U
h
üI
.
- s
Figura 1.5.5
Estructura de red en forma de estrella.
Inconvenientes:
• Dependencia total del HUB; si éste falla, la red no funciona.
• Si el HUB no es suficientem ente potente, se pueden producir retardos im por­
tantes que pueden llevar a paralizar la red (efecto "cuello de botella").
Aplicaciones:
• Redes LAN, Ethernet y Fast Ethernet
1.6 Métodos de acceso al medio
En el diseño de una red se ha de ten er en cuenta si puede darse el caso de que va­
rias estaciones puedan tran sm itir de form a sim ultánea a través del mismo canal de
com unicaciones, ya que esto provoca colisiones que pueden ocasionar:
• Inform ación errónea en la recepción.
• Pérdida de la inform ación.
Para evitarlo, se han desarrollado diferentes técnicas conocidas como m étodos de
acceso al m edio. Estos m étodos están basados en dos sistem as:
• M étodos de acceso a la red con control, llam ados centralizados.
• M étodos de acceso a la red aleatorios, llam ados de contienda.
1. 6.1 Métodos de a cce so a la red
con control, llamados centralizados
Se aplican a sistem as en los que un equipo realiza la función de centro de control.
Todos estos sistem as los podemos englobar en dos grupos:
• M étodos de sondeo y selección.
• M étodos de paso de testigo.
45
Unidad 1 • Redes de com unicaciones ind ustriales
1.6.1.1 Métodos de sondeo y selección
Este método se utiliza en redes del tipo M aster/Slave, tam bién conocido como
Polling o Sondeo, está basado en dos procedim ientos:
• SONDEO o POLLING: La estación central (M aster) interroga al resto de estacio­
nes de form a secuencial una tras otra (Poli). Cuando una estación Slave tiene el
"Poli" es cuando se le perm ite tran sm itir la inform ación, si es que dispone de
ella.
• SELECCIÓN: La estación M aster envía un "Select" a la estación Slave para decirle
que tienen inform ación para enviarle. Esta le contesta si está o no preparada; si
lo está, le envía el m ensaje.
Figura 1.6.1
Bus AS-i com o ejemplo de aplicación del método de sondeo y selección.
El gran inconveniente de este sistem a es que es un poco "lento", por lo que se suele
utilizar en sistem as con poco volum en de inform ación en las transm isiones.
1.6.1.2 Métodos de paso de testigo
Este otro m étodo se utiliza en redes donde todas las estaciones disponen de la m is­
ma prioridad. Tam bién es conocido como Token-Ring o Token-Bus.
Dependiendo de la topología de la red se pueden encontrar dos tipos que aplican
este m ism o m étodo, son:
• Paso de testigo en bus o Token-Bus (IEEE 802.4).
• Paso de testigo en anillo o Token-Ring (IEEE 802.5).
1.6.1.2.1 Paso de testigo en bus o token-bus
Este método necesita la configuración de la red antes de su puesta en m archa, ya
que ha de determ inar cuál será la estación anterior y posterior de cada una de ellas
para la circulación del testigo.
Es totalm ente independiente la configuración o disposición físicas de las estaciones
a la configuración lógica de dar a cada estación su dirección.
Una estación será la encargada de poner en circulación la tram a testigo, y ésta irá
recorriendo cada una de las estaciones según sea la lista de direcciones.
Dentro de lo que es la tram a de inform ación, existe un campo que es de "control".
Dependiendo del dato que contenga ese campo, la tram a actuará como de "tram a
testigo" o "tram a de datos".
La tram a de inform ación se com pone de los siguientes cam pos:
46
Unidad 1 • Redes de com unicaciones industriales
Figura 1.6.2
Cam pos de la trama
paso e testigo.
PREÁM BULO : Para sincronizar el em isor con el receptor (1 byte).
CONTROL: Tipo de tram a Testigo - Datos - Otras (1 byte).
DIRECCIÓN DESTINO: Dirección MAC física de la tarjeta de red (6 bytes).
DIRECCIÓN ORIGEN: Dirección MAC física de la tarjeta de red (6 bytes).
DATOS: Inform ación a tran sm itir (De 0 a 8174 bytes).
CRC: Control de erro r (4 bytes).
FIN DE TRAM A: La misma información que en el campo de inicio de tram a.
Una estación lanza la "tram a testigo". En ese m om ento se pueden dar las siguientes
situaciones:
• Si la tram a no va destinada a ella m ism a, retransm ite la misma a la siguiente
estación.
• Si la tram a llega como testigo, quiere decir que la podemos utilizar para enviar
inform ación a la estación que se quiera.
• Si el testigo ha vuelto a la estación em isora con un ACK en los datos, quiere decir
que la inform ación ha sido recibida correctam ente por la estación destino. A
continuación se libera el testigo y se pasa a la siguiente estación.
Existe un tiempo límite de posesión del testigo para las estaciones. Si este tiempo es su­
perado, se ha de liberar el testigo a la estación siguiente. Este tiempo puede ser igual o
diferente para cada estación o conjunto de estaciones. De esta manera se pueden asignar
diferentes prioridades a cada una de ellas.
1.6,1.2.2 Paso de testigo en anillo o token-ring
Aplicado a sistem as en los que no existen estaciones con diferentes rangos de
prioridad, sino que cualquier estación puede poner en funcionam iento el sistem a.
Existen dos tipos de tram as:
• Una tram a de control llam ada testigo.
• Una tram a diferente de datos.
La tram a testigo tiene la siguiente estructura:
Inicio de trama Control de trama Final de trama
Figura 1.6.3
Cam pos de la trama testigo.
Y la tram a de datos esta otra:
Inicio de trama
Figura 1.6.4
Cam pos
de dato s"0
Control de acceso
Control de trama
Dirección destino
Dirección origen
Datos
CRC
Final de trama
INICIO DE TRAM A : Para sincronizar las estaciones (1 byte).
CONTROL DE ACCESO: Contiene inform ación en cada bit de tipo de tram a, m oni­
tor y de prioridad (1 byte). En un bit se indica el tipo de tram a (0=Trama testigo,
l= Tram a de datos).
47
U nidad 1 • Redes de co m u n ica cio n e s in d u stria le s
CO N TROL DE TR A M A : Sirve para d isting uir las tra m a s de datos de las de co ntro l,
com o ACK, e tc. (1 byte).
DIRECCIÓN DESTIN O : D irección M AC física de la ta rje ta de red (6 b ytes).
DIRECCIÓN O RIG EN : D irección M AC física de la ta rje ta de red (6 b ytes).
DATOS: Info rm ación a tra n sm itir sin lim ite de longitud.
CRC: Control de e rro r (4 b ytes).
FIN DE TRA M A : La m ism a inform ación que en el cam po de inicio de tram a.
ESTADO DE T R A M A : Es un cam po de 1 byte en el que se co ntien en en tre otros los
bits d en o m in ad o s "A" y "C " que indican lo sig uiente:
A: D estin atario en co ntrad o o no.
C: Si se ha realizado la copia de la in fo rm ació n .
Según esto se pueden dar los sig u ientes caso s:
A=0 y C=0: El d e stin a tario no ha sido en co ntrad o , por ejem p lo porque esté ap a­
gado o a u sen te de la red.
A=1 y C=0: El d e stin a tario está p resen te pero no ha acep tad o la tra m a , bien por­
que es e rró n e a , porque no tie n e m em o ria su ficien te para co p iar la tram a o por
otras cau sas que han im pedido co p iar la tra m a .
A=1 y C = l: El d e stin a tario está p resen te y ad em ás ha copiado la tram a co rre cta ­
m ente.
A=0 y C = l: Caso im p o sib le, ya que si se ha realizado la co pia, es porque ha en co n ­
trad o el d estin a tario .
Cuando a una estación le llega el testigo, puede o p tar por dos accio n es:
• Si quiere em itir un m ensaje, saca el testigo de la red y pone su m ensaje en la tram a
de datos. Este m ensaje llegará a su destinatario y com pletará un ciclo entero hasta
volver al emisor. En este m om ento, el em isor da por finalizada su tarea, y vuelve a
poner el testigo en la red, hasta que otra estación lo recoja para transm itir.
• Si no q u iere e m itir un m en sa je, reenvía la tram a testigo a la sigu iente estació n.
1.6.2 Métodos de a c c e so a la red
aleatorios, llamados de contienda
En contraposición a las técnicas en donde el control de la transm isión es realizada por
una sola estación (M aster/Slave), existen técn icas sin prioridad en ninguna estación,
donde cada ordenador controla su co m unicación, pudiendo iniciar una transm isión
de inform ación sin ten er que esp erar a que otra estación le conceda perm iso.
CSM A/CD (IEEE 802.3): A esta técn ica se le conoce por el nom bre de contiendo,
m étodo que según la norm a IEEE 8 0 2 .3 se conoce com o CSM A/CD (Carrier Sense
M últiple A ccess with Collision D etection).
Figura 1.6.5
M étodo d e a c c e s o a la red CSM A/CD .
48
U nidad 1 ■Redes de co m u n ica cio n e s in d u stria le s
Este sistem a sigue los sig u ientes pasos:
• Escucha el estado del canal de co m u n icacio n es, co m pro bando los niveles de la
se ñal.
• Si no d etecta señal de datos, inicia su tran sm isió n .
• Puede o c u rrir que dos estacio n es hayan iniciado la tran sm isió n de form a sim u l­
tá n e a . Cada estació n , después de co lo car los datos en el can al, com prueb a que
los datos existen te s en el canal son los que se han en viad o . Si no es así, es que
se ha producido una colisión y d etien e la tran sm isió n .
• Si d etecta colisión espera un tiem p o aleato rio e inicia de nuevo el p roceso. El
tiem p o d eb er ser aleato rio o p rio ritario , ya que si fu ese el m ism o se p ro ducirían
co lisio n es su ce sivas.
• Si aún y así se co ntin ú an d etectan d o co lisio n es, se ab o rta ría el proceso de co­
m u n icación d esp u és de vario s intento s.
Preámbulo
inicio
Figura 1.6.6
C a m p o s d e la tram a
del m étodo CSM A/CD .
Dirección destino
Dirección origen
Longitud de datos
Datos
Relleno
CRC
Final
La tram a que utiliza la IEEE 80 2 .3 se com po ne de los siguientes cam p os:
PREÁ M BU LO : Para sin cro n izar el em iso r con el recep to r que siguen la secuen cia
1010 1010 (7 b ytes).
IN ICIO: Con el byte 1010 1011 se indica que se inicia la tram a (1 b yte).
DIRECCIÓN DESTIN O : Dirección M AC física de la ta rje ta de red (6 b ytes). El bit de
m ayor orden de este cam p o, que ocupa el lugar 4 7, codifica si la inform ació n
es para:
o
Un único d e stin a ta rio : bit 47 a "0".
o
V arios d e stin a tario s: bit 47 a "1 " (M ulticast).
o Todos los d e stin a ta rio s: Si se pone todo "1 " (Broadcast).
DIRECCIÓN O RIG EN : Dirección M AC física de la ta rje ta de red (6 b ytes).
LONG. DE LOS DATOS: Codifica los bytes que co ntien e el cam po de datos. Su valo r
oscila en tre 0 y 1 .5 0 0 (2 b ytes).
DATOS: Info rm ación a tra n sm itir (De 0 a 1500 b ytes).
RELLEN O : La IEEE 8 0 2 .3 esp ecifica que una tram a no puede te n e r un tam añ o in ­
fe rio r a 64 b ytes; por tanto , cuando la longitud del cam p o de datos es m uy
pequeña es n ecesario re lle n a r este cam po para co m p letar una tram a m ínim a
de al m enos 64 bytes. Es un cam po que por tan to puede te n e r una longitud
co m prend id a en tre 0 y 64 b ytes.
CRC: Control de e rro r (4 b ytes).
FIN DE TR A M A : La m ism a inform ación que en el cam po de inicio de tram a.
1.7 Sistemas determinista
y probabilístico
El hecho de que un sistem a de com unicación sea del tipo determ inista o no d eterm i­
nista (probabilístico) depende únicam ente del tiem p o en la tran sm isió n /recep ció n :
• DETERMINISTA: Cuando el tiem p o es fijo siem p re y conocido, com o por ejem p lo
un sistem a de co m u nicació n AS-i, que tarda 5 m s en realizar la e m isió n /re ce p ­
ción de 31 esclavo s y 10 ms para 62 esclavo s. Tam bién es un sistem a d e te rm i­
nista la red Profíbus y Pro fin et.
• PROBABILÍSTICO: Cuando el tiem p o es a lea to rio , es decir, no siem p re es el m is­
mo y por tanto no es conocido, com o por ejem p lo una red E th e rn e t que utiliza
el m étodo de a cceso CSM A/CD .
49
Unidad 1 • Redes de com unicaciones ind ustriales
Este concepto es im portante tenerlo en cuenta en las redes de com unicación indus­
trial que en su m ayoría, por no decir todos, deben ser del tipo determ inista, ya que
se ha de asegurar un tiem po máxim o y conocido desde que se produce una acción,
por ejem plo accionar la seta de em ergencia, y esa inform ación llega al controlador.
1.8 Interconexión de redes
Cuando se diseña un tipo de red, en ésta se incorporan todos los dispositivos nece­
sarios para un correcto funcionam iento de ésta, pero es posible que esta red con el
tiem po deba ser am pliada, deba poderse conectar a otras redes del mismo o diferen­
te tipo, etc. Para cubrir estas necesidades existen una serie de dispositivos auxiliares
para que la red pueda alcanzar esos objetivos de interconexión, elem entos como:
• El repetidor.
• El puente o bridge.
• El encam inador o router .
• La pasarela o goteway.
A continuación se pasa a realizar un pequeño estudio de esta serie de dispositivos.
1.8.1
Repetidor
Como ya se ha estudiado con anterioridad, las señales eléctricas se degradan por efecto
de la ley de Ohm, es decir, que cuando se realiza una transmisión de señal por un hilo
conductor, éste, y como consecuencia de su propia resistencia, tiende a atenuar la se­
ñal, y cuando la longitud de la línea se va haciendo mayor, esta atenuación también se
incrementa, hasta llegar incluso a que la estación receptora no sea capaz de leer nada
del canal debido a la baja señal que le llega.
El objetivo del repetidor es la regeneración de las señales eléctricas y garantizar las co­
nexiones entre los elementos de una red. Operan en el nivel 1, físico del modelo OSI,
dado que tan sólo vuelven a acondicionar los valores de las señales eléctricas y no inter­
vienen ni en el control de acceso ni en la topología.
Con esto parece ten er resuelta la pérdida de señal colocando sucesivos repetidores
en la red. Pero hay otros aspectos que impiden un gran núm ero de repetidores,
como es la longitud m áxima que se puede alcanzar en cada tipo de red. A modo
de ejem plo una red tipo AS-i, en el que podemos alcanzar m áxim o los 300 m etros
colocando 2 repetidores, uno cada 100 m etros, por lo que se tendrían 3 segm entos
de 100 m etros cada uno.
Un repetidor adem ás se puede aprovechar para convertir la norma física (RS-232,
RS-422, RS-485, etc.) o bien el sistem a de cableado (Coaxial, Par trenzado UTP o FTP,
FO, etc.).
MASTER
PLC S7-300
Figura 1.8.1
Ejemplo d e instalación con repetidor.
50
U nidad 1 • Redes de co m u n ica cio n e s in d u stria le s
Los rep e tid o res son b id ireccio n ales, en donde podem os en co n tra r d iferen tes tipos
de rep etid o r, com o:
• R ep etid o r de co n tin u ació n : Es el m ás sim p le , consta de dos puerto s.
• R ep etid o r m o d u lar: Es m ás so fisticad o , está fo rm ad o por d iferen tes ta rje ta s en
un bus y cada una de e llas puede d istrib u ir un tipo de se ñ al, 10 Base T, 10 Base
2, 100 Base T ...
• Hubs o concentradores: Son repetidores que se utilizan para una red en estrella.
• R ep etid o r ap ilab le: Una se rie de hubs que se pueden co ne ctar en tre sí a travé s
de un bus e xtern o .
V e n taja s:
• Facilidad de op eració n .
• No req u iere ningún tipo de configuración especial al o p e ra r en el nivel físico.
Lim itacio n es:
• No atien d e a las d ireccio n es de red, se lim ita a rep etir la señal.
• No re su elve los p ro b lem as de trá fico . Si ha habido una co lisió n , él tran sp o rta esa
inform ació n erró n ea al resto de estacio n es.
1 .8.2 Puente o bridge
Es una m áquina de red que posee alguna intelig en cia, y realiza una se rie de o p era ­
ciones básicas en la red. Son cap aces de a lm a ce n a r y re e n via r las tra m a s recibidas
en fu n ción del co ntenid o de las m ism as. Su p rincipal aplicación es la de u n ir dos
redes del m ism o tipo.
Une dos redes del m ism o tipo , e stru ctu ra y protocolo.
Los p uentes o bridge operan en capa de en lace (OSI) nivel 2, es decir, su unidad de
o p eració n es la tram a de red. Cuando un p uente o bridge debe pasar una tram a de
una red a otra e jecu ta las siguientes fases:
• A lm acena en m em o ria la tram a recib id a, para su p o sterio r análisis.
• Comprueba el campo de control de errores. Si hay error, elimina las tram as de la red.
• Si no hay e rro re s, reenvía la tram a al d estin a tario .
PLC S7-300
m H
4 § fg r
i m e
ET200L
ET200L
ET200L
ET200L
ET200L
ET200L
Figura 1.8.2
Ejem plo d e instalació n co n p uen te o b rid g e .
1.8.3 Encam inador o router
Son d isp ositivo s so ftw a re o h ard w a re que se pueden co nfig urar para e n ca m in a r o
co n v e rtir p aq u etes en tre sus distinto s puerto s utilizando la dirección lógica co rre s­
p ondiente (p. e j, 2 5 5 .2 5 5 .0 .9 ).
El encam inad or o router opera en el nivel 3 (OSI) de red. Lo que hace es unir dos redes
de d iferente configuración o estru ctu ra pero que trab ajen con el m ism o protocolo.
51
Unidad 1 • Redes de com unicaciones ind ustriales ----------------------------------------------------------------
Un router que encam ina o convierta a TCP/IP no sirve para otro protocolo.
Figura 1.8.3
Ejemplo de instalación con en cam in ad o r o router.
1. 8.4 Pasarela o gateway
Una pasarela es una puerta de enlace con una red. Lo que hace es unir dos redes que
puedan tener diferente estructura (bus, anillo, estrella, etc.), tipo (Ethernet, TokenRing, M aster/Slave, etc.) y protocolo (TCP/IP, NetBeui, IPX/SPX, Profibus, AS-i, etc.).
Las pasarelas son m áquinas de red inteligentes y flexibles. La m ayor parte de su
operatividad está im plem entada a nivel de softw are.
Las funciones de una pasarela son:
• Reconocimiento y almacenamiento de los mensajes correspondientes a las estacio­
nes de la red origen. Estos mensajes se desensamblan en el nivel de transporte.
• Adaptación de los form atos de datos de la red destino.
• Envío del m ensaje a la red y estación destino.
• Conexión física de cada uno de los tipos de la red conectados.
PLC
PLC
mu
PLC
mu
PLC
(¡b T I b
ET200L
ET200L
ET200L
Figura 1.8.4
Ejemplo d e instalación con pasarela o g a te w a y .
También podem os encontrar com ponentes específicos que con la única función de
trab ajar de pasarela o gateway. Algunos ejem plos son:
52
Unidad 1 ■Redes de com unicaciones industriales
IWLAN/PB Link PN 10.
El IW LAN/PB Link PN 10 se em plea como elem ento de transición (pasarela) en­
tre las redes Industrial W ireless LAN y PROFIBUS.
Gracias a la utilización del IW LAN/PB Link PN 10, bien como interfaz m aestro PROFIBUS o como proxy PROFINET 10, el Link es apropiado para la comunicación con
sistem as de autom atización en aplicaciones móviles tales como, por ejem plo, sis­
tem as de transporte filoguiados, transelevadores o electrovías monocarril.
Figura 1.8.5
La posibilidad de usar PROFINET perm ite disfrutar de sus num erosas ventajas a
nivel de sistem a, por ejem plo el diagnóstico vía bus.
IE/PB Link PN 10.
Actuando como com ponente autónom o, el IE/PB Link PN 10 constituye el nexo
de unión entre Industria! Ethernet y PROFIBUS operando con com unicación en
tiem po real (RT), lo que perm ite integrar en una aplicación PROFINET los dis­
positivos PROFIBUS existentes. Desde el punto de vista del controlador de 10,
todos ios esclavos DP se tratan como dispositivos 10 con interfaz Ethernet, es
Figura 1.8.6
decir, el IE/PB Link PN 10 es su representante (proxy).
lE/AS-i LINK PN 10.
lE/AS-i LINK PN 10 es un PROFINET 10-Device (según IEC 61158) y un m aestro
AS-i (conform e a la especificación AS-i 3.0 según EN 50 295 e IEC 62026-2).
Perm ite el acceso transparente a los datos en AS-Interface desde Industrial
Ethernet. Disponible como m aestro sencillo o doble, resulta idóneo para una
estructura descentralizada y para la conexión de una red AS-Interface a siste­
mas de bus de nivel superior.
Para lE/AS-i LINK PN 10 hay dos variantes disponibles:
o Aparato con una línea AS-Interface (m aestro sencillo),
Figura 1.8.7
o Aparato con dos líneas AS-Interface (m aestro doble).
DP/AS-i LINK Advanced.
DP/AS-i LINK Advanced es un esclavo PROFIBUS DPV1 (según EN 50 170) y tam ­
bién un m aestro AS-i (conform e a la especificación AS-i 3.0 según EN 50 295 e
IEC 62026-2).
Perm ite el acceso transparente a los datos en AS-Interface desde PROFIBUS DP.
Disponible como m aestro sencillo o doble, resulta idóneo para una estructura
descentralizada y para la conexión de una red AS-Interface a sistem as de bus de
nivel superior.
Cómoda conexión TIA de AS-Interface.
El puerto Ethernet integrado perm ite el diagnóstico por interfaz web y reduce el
Figura 1.8.8
núm ero de puertos de switch externos.
DP/AS-i Link 20E.
El módulo DP/AS-i Link 20E (conform e a AS-i especificación 3.0) conecta el bus
PROFIBUS DP al bus AS-Interface.
El Link 20E alberga en sí un esclavo PROFIBUS DP y un m aestro AS-Interface. No
es necesaria una alim entación adicional, pues el sum inistro eléctrico se tom a del
cable AS-Interface. También se ven reducidos los tiem pos de puesta en m archa,
pues la configuración se realiza fácilm ente con sólo pulsar un botón.
Figura 1.8.9
El DP/AS-i Link 20E perm ite configurar la red AS-Interface desde STEP7 (V5.2 o
superior) sin necesidad de softw are adicional.
DP/EIB Link.
El módulo DP/EIB Link conecta el bus PROFIBUS DP al bus KONNEX (EIB).
El DP/EIB es en sí un esclavo PROFIBUS DP y un m aestro EIB.
El DP/AS-i Link 20E perm ite configurar la red AS-Interface desde STEP7 (V5.2 o
Bgura 1.8.10
superior) sin necesidad de softw are adicional.
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