PROTOCOLOS DE COMUNICACIN. Los protocolos son como reglas de comunicacin que permiten el flujo de informacin entre computadoras distintas que manejan lenguajes distintos, por ejemplo, dos computadores conectados en la misma red pero con protocolos diferentes no podran comunicarse jams, para ello, es necesario que ambas "hablen" el mismo idioma, por tal sentido, el protocolo TCP/IP fue creado para las comunicaciones en Internet. Para que cualquier computador se conecte a Internet, es necesario que tenga instalado este protocolo de comunicacin.

PROTOCOLOS INDUSTRIALES DE COMUNICACION Muchas veces escuchamos en la industria la palabra protocolos de comunicacin sin tener claro de que estamos hablando. Con el objeto de familiarizar a los lectores, expondremos sus principales caractersticas y fundamentos de los ms utilizados. En principio un protocolo de comunicacin es un conjunto de reglas que permiten la transferencia e intercambio de datos entre los distintos dispositivos que conforman una red. Estos han tenido un proceso de evolucin gradual a medida que la tecnologa electrnica ha avanzado y muy en especial en lo que se refiere a los microprocesadores. Un importante nmero de empresas en nuestro pas presentan la existencia de islas automatizadas (clulas de trabajo sin comunicacin entre s), siendo en estos casos las redes y los protocolos de comunicacin Industrial indispensables para realizar un enlace entre las distintas etapas que conforman el proceso. La irrupcin de los microprocesadores en la industria han posibilitado su integracin a redes de comunicacin con importantes ventajas, entre las cuales figuran:

Mayor precisin derivada de la integracin de tecnologa digital en las mediciones

Mayor y mejor disponibilidad de informacin de los dispositivos de campo

Diagnstico remoto de componentes La integracin de las mencionadas islas automatizadas suele hacerse dividiendo las tareas entre grupos de procesadores jerrquicamente anidados. Esto da lugar a una estructura de redes Industriales, las cuales es posible agrupar en tres categoras:

Buses de campo

Redes LAN

Redes LAN-WAN En esta oportunidad nos referiremos a los protocolos de comunicacin ms usados en la industria. Los buses de datos que permiten la integracin de equipos para la medicin y control de variables de proceso, reciben la denominacin genrica de buses de campo. Un bus de campo es un sistema de transmisin de informacin (datos) que simplifica enormemente la instalacin y operacin de mquinas y equipamientos industriales utilizados en procesos de produccin. El objetivo de un bus de campo es sustituir las conexiones punto a punto entre los elementos de campo y el equipo de control a travs del tradicional lazo de corriente de 4 -20mA o 0 a 10V DC, segn corresponda. Generalmente son redes digitales, bidireccionales, multipunto, montadas sobre un bus serie, que conectan dispositivos de campo como PLCs, transductores, actuadotes, sensores y equipos de supervisin. Varios grupos han intentado generar e imponer una norma que permita la integracin de equipos de distintos proveedores. Sin embargo, hasta la fecha no existe un bus de campo universal. Los buses de campo con mayor presencia en el rea de control y automatizacin de procesos son:

HART

MODBUS

Profibus

Fieldbus Foundation HART El protocolo HART (High way-Addressable- Remote-Transducer) agrupa la informacin digital sobre la seal analgica tpica de 4 a 20 mA DC. La seal digital usa dos frecuencias individuales de 1200 y 2200 Hz, que representan los dgitos 1 y 0 respectivamente y que en conjunto forman una onda sinusoidal que se superpone al lazo de corriente de 4-20 mA, ver figura

Como la seal promedio de un onda sinusoidal es cero, no se aade ninguna componente DC a la seal analgica de 4-20 mA., lo que permite continuar utilizando la variacin analgica para el control del proceso. Ver Caractersticas en Tabla N1 PROFIBUS (Process Field Bus) Norma internacional de bus de campo de alta velocidad para control de procesos normalizada en Europa por EN 50170. Existen tres perfiles: Profibus DP (Decentralized Periphery). Orientado a sensores/actuadores enlazados a procesadores (PLCs) o terminales. Profibus PA (Process Automation). Para control de proceso, cumple normas especiales de seguridad para la industria qumica (IEC 1 1 15 8-2, seguridad intrnseca). Profibus FMS (Fieldbus Message Specification). Para comunicacin entre clulas de proceso o equipos de automatizacin. Ver Caractersticas en Tabla N1 FOUNDATION FIELDBUS (FF) Es un protocolo de comunicacin digital para redes industriales, especficamente utilizado en aplicaciones de control distribuido. Puede comunicar grandes volmenes de informacin, ideal para aplicaciones con varios lazos complejos de control de procesos y automatizacin. Est orientado principalmente a la interconexin de dispositivos en industrias de proceso continuo. Los dispositivos de campo son alimentados a travs del bus Fieldbus cuando la potencia requerida para el funcionamiento lo permite. Otros protocolos ampliamente usados aunque de menor alcance son: Modbus DeviceNet MODBUS Modbus es un protocolo de transmisin para sistemas de control y supervisin de procesos (SCADA) con control centralizado, puede comunicarse con una o varias Estaciones Remotas (RTU) con la finalidad de obtener datos de campo para la supervisin y control de un proceso. La Interfaces de Capa Fsica puede estar configurada en:: RS-232, RS-422, RS-485. Ver caractersticas en tabla N 1.

En Modbus los datos pueden intercambiarse en dos modos de transmisin: Modo RTU Modo ASCII DEVICENET Red de bajo nivel adecuada para conectar dispositivos simples como sensores fotoelctricos, sensores magnticos, pulsadores, etc y dispositivos de alto nivel (PLC, controladores, computadores, HMI, entre otros). Provee informacin adicional sobre el estado de la red, cuyos datos sern desplegados en la interfaz del usuario. Ver caractersticas en tabla N 1. Tabla 1. Comparacin de caractersticas entre algunos buses y protocolos

Nombre Topologa Soporte Max. Disposit Profibus DP lnea, estre- par trenzado 127/seg lla, anillo fibra ptica Profibus PA lnea, estre- par trenzado 14400/seg lla, anillo fibra ptica Profibus FMS lnea, estre- par trenzado 127/seg lla, anillo lla, anillo fibra ptica Foundation estrella o bus par trenzado 240/seg Fieldbus HSE fibra ptica 32768 sist Foundation estrella par trenzado 240/seg Fieldbus H1 o bus fibra ptica 32768 sist Lonworks bus, anillo par trenzado lazo, estrella fibra ptica 32768/dom coaxial, radio Interbus-S segmentado par trenzado 256 nodos fibra ptica Device Net troncal/pun- par trenzado 2048 nodos tual, c/bifurca fibra ptica AS-I bus, anillo par trenzado 31 p/red rbol, estrella Modbus RTU lnea, estrella par trenzado, 250 p/seg rbol, red con coaxial, radio segmentos Ethernet bus, estrella par trenzado 400 p/seg Industrial malla-cadena coaxial, radio Hart par trenzado 15 p/seg

Nombre Rate Transm Distancia Comunicacin bps Max. Km Profibus DP hasta 1.5 M 0.1 segm Master/Slave y 12 M 24 fibra peer to peer Profibus PA 31.5 K 0.1 segm Master/Slave 24 fibra peer to peer Profibus FMS 500 K Master/Slave peer to peer Foundation 100 M 0.1 par Single/ Fieldbus HSE 2 fibra Multi master Foundation 31.25 K 1.9 cable Single/ Fieldbus H1 Multi master Lonworks 500 K 2 Master/Slave peer to peer Interbus-S 500 K 400/seg Master/slave 12.8 total Device Net 500 K 0.5 Master/slave, 6c repetid multimaster peer to peer AS-I 167 K 0.1, 0.3 c/rep Master/slave Modbus RTU 1.2 a 115.2 K 0.35 Master/slave Ethernet 10, 100 M 0.1 Master/slave Industrial 100 mono peer to peer c/switch Hart 1.2 K Master/slave

TRANSMITION CONTROL PROTOCOL - INTERNET PROTOCOL

El protocolo TCP/IP (Transmition Control Protocol/Internet Protocol) hace posible enlazar cualquier tipo de computadoras, sin importar el sistema operativo que usen o el fabricante. Este protocolo fue desarrollado originalmente por el ARPA (Advanced Research Projects Agency) del Departamento de Defensa de los Estados Unidos. Actualmente, es posible tener una red mundial llamada Internet usando este protocolo. Este sistema de IP permite a las redes enviar correo electrnico (e-mail), transferencia de archivos (FTP) y tener una interaccin con otras computadoras (TELNET) no importando donde estn localizadas, tan solo que sean accesibles a travs de Internet. Caractersticas de la arquitectura de Interconexin de Redes en TCP/IP

Protocolos de no conexin en el nivel de red. Conmutacin de paquetes entre nodos. Protocolos de transporte con funciones de seguridad. Conjunto comn de programas de aplicacin.

Para entender el funcionamiento de los protocolos TCP/IP debe tenerse en cuenta la arquitectura que ellos proponen para comunicar redes. Tal arquitectura ve como iguales a todas las redes a conectarse, sin tomar en cuenta el tamao de ellas, ya sean locales o de cobertura amplia. Define que todas las redes que intercambiarn informacin deben estar conectadas a una misma computadora o equipo de procesamiento (dotados con dispositivos de comunicacin); a tales computadoras se les denominan compuertas, pudiendo recibir otros nombres como enrutadores o puentes.

Direcciones IP

Longitud de 32 bits. Identifica a las redes y a los nodos conectados a ellas. Especifica la conexin entre redes. Se representan mediante cuatro octetos,

escritos en formato decimal, separados por puntos. Para que en una red dos computadoras puedan comunicarse entre s ellas deben estar identificadas con precisin Este identificador puede estar definido en niveles bajos (identificador fsico) o en niveles altos (identificador lgico) de pendiendo del protocolo utilizado. TCP/IP utiliza un identificador denominado direccin Internet o direccin IP, cuya longitud es de 32 bytes. La direccin IP identifica tanto a la red a la que pertenece una computadora como a ella misma dentro de dicha red. Clases de Direcciones IP

Clases Nmero de Redes

Nmero de Nodos

Rango de Direcciones IP

A 127 16,777,215 1.0.0.0 a la 127.0.0.0

B 4095 65,535 128.0.0.0 a la 191.255.0.0

C 2,097,151 255 192.0.0.0 a la 223.255.255.0

Tomando tal cual est definida una direccin IP podra surgir la duda de cmo identificar qu parte de la direccin identifica a la red y qu parte al nodo en dicha red. Lo anterior se resuelve mediante la definicin de las "Clases de Direcciones IP". Para clarificar lo anterior veamos que una red con direccin clase A queda precisamente definida con el primer octeto de la direccin, la clase B con los dos primeros y la C con los tres primeros octetos. Los octetos restantes definen los nodos en la red especfica.

SERVICIOS MS IMPORTANTES DE TCP/IP Transferencia de Archivos FTP (File Transfer Protocol). Este protocolo permite a los usuarios obtener o enviar archivos a otras computadoras en una red amplia (Internet). En esto, hay que implementar cierta seguridad, para restringir el acceso a ciertos usuarios y adems a ciertas partes del servidor. Acceso Remoto: El acceso remoto(Telnet) en un protocolo que permite el acceso directo de un usuario a otra computadora en la red. Para establecer un Telnet, se debe establecer la direccin o nombre de la computadora a la cual se desea conectar. Mientras se tenga el enlace, todo lo que se escriba en la pantalla, ser ejecutado en la computadora remota, haciendo un tanto invisible a la computadora local. Cuando se

accede por este tipo de protocolos, generalmente la computadora remota pregunta por un nombre de usuario (user name, login, etc.) y por una clave (password). Cuando ya se desea terminar con la sesin, basta con terminar este protocolo, para salir generalmente con los comandos: logout, logoff, exit, etc. Correo en las Computadoras (e-mail): Este protocolo permite enviar o recibir mensajes a diferentes usuarios en otras computadoras. Generalmente se tiene una computadora como servidor de correo electrnico, la cual debe estar todo tiempo corriendo este programa, ya que cuando se enva algn mensaje, la computadora trata de enviarlo a la que le corresponde y si esta estuviera apagada o no corriendo este programa, el mensaje se perdera. Esta es la inconveniencia de tener un servidor de correo en una computadora del tipo PC, ya que estas no estn permanentemente encendidas ni corriendo el protocolo de correo electrnico. Sistemas de archivo en red (NFS): Esto permite a un sistema acceder archivos en otra computadora de una manera mas apropiada que mediante un FTP. El NFS da la impresin de que los discos duros de la computadora remota estn directamente conectados a la computadora local. De esta manera, se crea un disco virtual en el sistema local. Esto es bastante usado para diferentes propsitos, tales como poner gran cantidad de informacin en una cuantas computadoras, pero permitiendo el acceso a esos discos. Esto aparte de los beneficios econmicos, adems permite trabajar a los usuarios en varias computadoras y compartir archivos comunes. Impresin Remota: Esto permite acceder impresoras conectadas en la red, para lo cual se crean colas de impresin y el uso de dichas impresoras se puede restringir, ya sea mediante alguna contrasea o a ciertos usuarios. Los beneficios son el poder compartir estos recursos. Ejecucin remota: Esto permite correr algn programa en particular en alguna computadora. Es til cuando se tiene un trabajo grande que no es posible correr en un sistema pequeo, siendo necesario ejecutarlo en uno grande. Se tiene diferentes tipos de ejecucin remota, por ejemplo, se puede dar algn comando o algunos para que sean ejecutados en alguna computadora en especifico. Con un sistema mas sofisticado, es posible que ese proceso sea cargado a alguna computadora que se encuentre disponible para hacerlo.

Servidores de Nombres: En instalaciones grandes, hay un una buena cantidad de coleccin de nombres que tienen que ser manejados, esto incluye a usuarios y sus passwords, nombre y direcciones de computadoras en la red y cuentas. Resulta muy tedioso estar manejando esta gran cantidad de informacin, por lo que se puede destinar a una computadora que maneje este sistema, en ocasiones es necesario acceder estos servidores de nombres desde otra computadora a travs de la red. Servidores de Terminales: En algunas ocasiones, no se requiere tener conectadas las terminales directamente a las computadoras, entonces, ellos se conectan a un servidor de terminales. Un servidor de terminales es simplemente una pequea computadora que solo necesita correr el Telnet (o algunos otros protocolos para hacer el acceso remoto). , Si se tiene una computadora conectada a uno de estos servidores, simplemente se tiene que teclear el nombre de la computadora a la cual se desea conectar. Generalmente se puede tener varios en laces simultneamente, y el servidor de terminales permitir hacer la conmutacin de una a otra en un tiempo muy reducido.