REDES INDUSTRIALES

MORGAN GARAVITO VASQUEZ

UNIVERSIDAD POLITECNICA DE VALENCIA VALENCIA 2009 INTRODUCCION

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 bucle de corriente de 4-20mA. Tpicamente son redes digitales, bidireccionales, multipunto, montadas sobre un bus serie, que conectan dispositivos de campo como PLCs, transductores, actuadores y sensores. Cada dispositivo de campo incorpora cierta capacidad de proceso, que lo convierte en un dispositivo inteligente, manteniendo siempre un costo bajo. Cada uno de estos elementos ser capaz de ejecutar funciones simples de diagnstico, control mantenimiento, as como de comunicarse bidireccionalmente a travs del bus. Adems un bus de campo permite reemplazar los sistemas de control centralizados por redes de control distribuido mediante el cual permita mejorar la calidad del producto, reducir los costos y mejorar la eficiencia. Para ello se basa en que la informacin que envan y/o reciben los dispositivos de campo es digital, lo que resulta mucho ms preciso que si se recurre a mtodos analgicos.Adems, cada dispositivo de campo es un dispositivo inteligente y puede llevar a cabo funciones propias de control, mantenimiento y diagnstico.De esta forma, cada nodo de la red puede informar en caso de fallo del dispositivo asociado, y en general sobre cualquier anomala asociada al dispositivo.Esta monitorizacin permite aumentar la eficiencia del sistema y reducir la cantidad de horas de mantenimiento necesarias.

VENTAJAS DE LOS BUSES DE CAMPO

La principal ventaja que ofrecen los buses de campo, y la que los hace ms atractivos a los usuarios finales, es la reduccin de costos. El ahorro proviene fundamentalmente de tres fuentes: ahorro en costo de instalacin, ahorro en el costo de mantenimiento y ahorros derivados de la mejora del funcionamiento del sistema. Una de las principales caractersticas de los buses de campo es su significativa reduccin en el cableado necesario para el control de una instalacin. Cada componente slo requiere un cable para la conexin de los diversos nodos. Se estima que puede ofrecer una reduccin de 5 a 1 en los costos de cableado. En comparacin con otros tipos de redes, dispone de herramientas de administracin del bus que permiten la reduccin del nmero de horas necesarias para la instalacin y puesta en marcha. El hecho de que los buses de campo sean ms sencillos que otras redes de uso industrial como por ejemplo MAP, hace que las necesidades de mantenimiento de la red sean menores, de modo que la fiabilidad del sistema a largo plazo aumenta. Adems, los buses de campo permiten a los operadores monitorizar todos los dispositivos que integran el sistema e interpretar fcilmente las interacciones entre ellos. De esta forma, la deteccin de las fuentes de problemas en la planta y su correccin resulta mucho ms sencilla, reduciendo los costos de mantenimiento y el tiempo de parada de la planta. Los buses de campo ofrecen mayor flexibilidad al usuario en el diseo del sistema. Algunos algoritmos y procedimientos de control que con sistemas de comunicacin tradicionales deban incluirse en los propios algoritmos de control, radican ahora en los propios dispositivos de campo, simplificando el sistema de control y sus posibles ampliaciones. Tambin hay que tener en cuenta que las prestaciones del sistema mejoran con el uso de la tecnologa de los buses de campo debido a la simplificacin en la forma de obtener informacin de la planta desde los distintos sensores. Las mediciones de los distintos elementos de la red estn disponibles para todos los dems dispositivos. La simplificacin en la obtencin de datos permitir el diseo de sistemas de control ms eficientes. Con la tecnologa de los buses de campo, se permite la comunicacin bidireccional entre los dispositivos de campo y los sistemas de control, pero tambin entre los propios dispositivos de campo. Otra ventaja de los buses de campo es que slo incluyen 3 capas (Fsica, Enlace y Aplicacin), y un conjunto de servicios de administracin. El usuario no tiene que preocuparse de las capas de enlace de aplicacin. Slo necesita saber cual es su funcionalidad. Al usuario slo se le exige tener un conocimiento mnimo de los servicios de administracin de la red, ya que parte de la informacin generada por dichos servicios puede ser necesaria para la reparacin de averas en el sistema. De hecho, prcticamente, el usuario slo debe preocuparse de la capa fsica y la capa de usuario.

CONTENIDO

Equipos necesarios para la transmisin, hardware, circuitos integrados transceptores, tipos y especificaciones de los cables, transceptores inalmbricos, distancia de alcance, distribuidores regionales y costos. Mdulos integrados de interfaz digital para aplicaciones de control: Estndares PWM y motores paso a paso, mdulos integrados anlogos para mediciones de temperatura, presin, iluminacin, mdulos GPS, distribuidores regionales y costos.

BLUETOOTH

QUE ES? Bluetooth es un estndar empleado en enlaces de radio de corto alcance, destinado para reemplazar el cableado existente entre dispositivos electrnicos como telfonos celulares, Asistentes Personales Digitales (o sus siglas en Ingls PDA), computadoras (y muchos otros dispositivos) ya sea en el hogar, en la oficina, en el auto, etc. La tecnologa empleada permite a los usuarios conexiones instantneas de voz y datos entre varios dispositivos en tiempo real. El modo de transmisin empleado, asegura proteccin contra interferencias y seguridad en el envo de datos. Entre sus principales caractersticas, pueden nombrarse su robustez, baja complejidad, bajo consumo y bajo costo. El radio Bluetooth es un pequeo microchip que opera en una banda de frecuencia disponible mundialmente. Pueden realizarse comunicaciones punto a punto y punto multipunto. COMO FUNCIONA? Cada dispositivo deber estar equipado con un microchip (tranceiver) (ver Figura 1) que transmite y recibe en la frecuencia de 2.4 GHz que esta disponible en todo el mundo (con algunas variaciones de ancho de banda en diferentes pases). Adems de los datos, estn disponibles tres canales de voz. Cada dispositivo tiene una direccin nica de 48 bits basado en el estndar IEEE 802. Las conexiones son uno a uno con un rango mximo de 10m (dependiendo del medio podra ser ms).

Figura 1 Los datos se pueden intercambiar a velocidades de hasta 1 megabit por segundo (se esperan 2 megabits por segundo en la Segunda Generacin de esta Tecnologa). Un esquema de "frequency hop" (saltos de frecuencia) permite a los dispositivos comunicarse inclusive en reas donde existe una gran interferencia Electromagntica. Adems de que se provee de esquemas de encriptacin y verificacin. BANDAS DE FRECUENCIA El estndar Bluetooth opera en la banda de 2,4 GHz. Aunque a nivel mundial, esta banda se encuentra disponible, el ancho de la banda puede diferir segn el pas. La frecuencia de banda de las industrias cientficas y medicas es de 2.45 GHz (ISM). Los rangos del ancho de banda en Estados Unidos y Europa se encuentran entre 2.400 a 2.483,5 MHz y cubre parte de Francia y Espaa. Los rangos del ancho de banda en Japn se encuentran entre 2.471 a 2.497 MHz.

En consecuencia el sistema puede usarse a nivel mundial debido que los transmisores de radio cubre 2.400 y 2.500 MHz y se puede seleccionar la frecuencia apropiada. La ISM esta abierta a cualquier sistema de radio y esta debe prever las interferencias de monitores para bebe, los controles para puertas de garajes, los telfonos inalmbricos y los hornos microondas (la fuente mas fuerte de interferencia), esto puede evitarse usando un esquema del espectro extendido. En Estados Unidos la frecuencia de transmisin opera en 2.45 GHz ISM y requiere aplicar un espectro extendido usando en su tecnologa el nquel lo que nivela el excedente 0 dBm. POTENCIA El equipo de transmisin se clasifica en 3 grupos segn el nivel de potencia de emisin. El equipo receptor debe poseer una sensibilidad de al menos -70 dBm, y la tasa de error admisible debe ser menor igual a 0,1 %. NIVELES DE EMISIN Dado lo reducido del chip que va a ir incorporado en dispositivos porttiles y alimentado con bateras, es importante que tenga un consumo de potencia muy reducido (hasta un 97% menos que un telfono mvil). Si los dispositivos Bluetooth no intercambian datos, entonces establecen el modo de "espera" para ahorrar energa, quedando a la escucha de mensajes. La Potencia de transmisin que se usa como especificacin es de 1 mW para un alcance de 10 m, 100 mW para un alcance de hasta 100 m. ALCANCE Las conexiones son uno a uno con un rango mximo de 10 metros, aunque utilizando amplificadores se puede llegar hasta los 100 metros, aunque se introduce alguna distorsin. Pero hay que recordar que estos dispositivos fueron creados con la intencin de usarlos en ambientes cerrados y a poca distancia. TECNOLOGA: PROTOCOLOS Diferentes aplicaciones pueden operar bajo distintos conjuntos de protocolos; sin embargo, todos ellos tienen un enlace de datos y una capa fsica Bluetooth comn. La figura 2 muestra el conjunto de protocolos identificados en la especificacin.

Figura 2

Cada aplicacin puede operar bajo una estructura de protocolos definida por cada columna en la figura, o por un conjunto de ellas. Algunas columnas son usadas slo como soporte de la aplicacin principal, como lo son el SDP (Service Discovery Protocol) y el TCS Binary (Telephony Control Specification). Una nota interesante es el hecho del re-uso de los protocolos existentes para otras aplicaciones en las capas superiores, en vez del diseo de otros nuevos. La especificacin es abierta, lo que permite el desarrollo de nuevos protocolos de aplicacin en las capas superiores, lo cual se traduce en el desarrollo de una gran variedades de servicios por parte de las casas fabricantes. Ahora bien, de acuerdo al propsito, los protocolos pueden ser divididos en cuatro capas: 1. Protocolos 2. Protocolos 3. Protocolos 4. Protocolos WAE). Bluetooth Centrales (Bluetooth Core Protocols: BaseBand, LMP, L2CAP, SDP). de Reemplazo de Cable (Cable Replacement Protocols: RFCOMM). de control de Telefona (Telephony Control Protocols: TCS Binary, AT-Commands). Adaptados (Adapted Protocols: PPP, UDP/TCP/IP, OBEX, WAP, vCard, vCal, IrMC,

El Grupo Bluetooth SIG, ha desarrollado los protocolos de la primera capa, los cuales son usados por la mayora de los dispositivos Bluetooth. Por otra parte, el RFCOMM y el TCS Binary fueron desarrollados por el SIG, basndose es las especificaciones ETSI-TS 07.10 y la ITU-T Q.931, respectivamente. Las capas de Reemplazo de Cable, Control de Telefona, y de Protocolos adaptados conforman los llamados protocolos orientados a la aplicacin. Dichos protocolos son abiertos, y permiten la inclusin de nuevos, por ejemplo HTTP FTP, lo que hace al estndar muy flexible. CONMUTACIN Y VELOCIDADES El protocolo Bluetooth, utiliza una combinacin de conmutaciones de circuito y paquetes. Para asegurar que los paquetes no sean recibidos fuera de orden, ranuras de tiempo (hasta 5s) pueden ser reservadas para los mismos. Como se dijo con anterioridad, saltos de frecuencia son aplicados para evitar interferencia y desvanecimiento. Un salto de seal diferente es usado para cada paquete. La conmutacin de circuitos puede ser sncrona asncrona. Hasta 3 canales de datos sncronos, 1 sncrono y 1 asncrono pueden ser soportados. Cada canal sncrono soporta una velocidad de 64 Kb/s, lo cual es utilizado para transmisiones de voz. Un canal asncrono puede transmitir 721 Kb/s en una direccin y 57,6 Kb/s en la direccin opuesta. Es posible tambin en una conexin asncrona soportar velocidades de 432,6 Kb/s en ambas direcciones si el enlace es simtrico. HART HART es un estndar de comunicacin muy extendido para aparatos de campo.La especificacin de los aparatos HART se efecta va HCF (HART Communication Foundation). El estndar HART extiende la seal analgica de 4 a 20 mA a la transmisin de seales digitales, moduladas, probadas en aplicaciones industriales. BENEFICIOS

La probada transmisin analgica de valores medidos. Comunicacin digital simultnea con transferencia de datos bidireccional. Posibilidad de transmisin de varias magnitudes de medida de un aparato de campo (por ej. informaciones de diagnstico, mantenimiento y proceso). Conexin a sistemas de nivel superior como por ejemplo PROFIBUS. Fcil instalacin y puesta en servicio.

VENTAJAS EN COMBINACIN CON SIMATIC PDM Manejo de todos los aparatos HART, con independencia del fabricante, gracias a los juegos de parmetros normalizados. Los aparatos de campo HART especificados en HART-DDL estn integrados en SIMATIC PDM por medio del catlogo de HCF. HART DD (Device Description), normalizado en SIMATIC PDM, independiente del fabricante y muy extendido. Otros aparatos de campo HART estn integrados en SIMATIC PDM va EDD (Electronic Device Description). Gran facilidad de manejo y en la puesta en servicio de aparatos de campo, tambin en lugares de aplicacin de difcil acceso. Funciones ampliadas de diagnstico, evaluacin y protocolo.

GAMA DE APICACION Los aparatos pueden conectarse de varias maneras: Por la periferia distribuida - SIMATIC ET 200M - SIMATIC ET 200iSP - SIMATIC ET 200iS Con los mdulos HART con los mdulos analgicos de 4a 20 mA y el HART Handheld Communicator, mediante un mdem HART que permita establecer una conexin punto a punto entre el PC un sistema de ingeniera y el aparato HART, mediante los multiplexores HART que vienen incluidos en el servidor HART de HCF. PROFIBUS

PROFIBUS es hoy en da el bus de campo abierto con el mayor xito, con una amplia base instalada para un campo de aplicaciones muy extenso. Adems, la normalizacin segn IEC 61158 / EN 50170 asegura el futuro de sus inversiones.

BENEFICIOS Un sistema modular coherente desde el sensor hasta el plano de mando que permite realizar nuevos conceptos de planta. Fcil intercambiabilidad de los aparatos de campo que corresponden al perfil estndar, tambin de diferentes fabricantes. Interconexin en red de transmisores, vlvulas, actuadotes etc. Realizacin de aplicaciones de seguridad intrnseca con utilizacin del bus de campo en reas con peligro de explosin. Fcil instalacin de cables bifilares para el suministro de energa y la transferencia de datos comunes. Costes de cableado reducidos gracias al ahorro en material e instalacin. Costes de configuracin reducidos gracias a la ingeniera fcil y centralizada de los aparatos de bus (PROFIBUS PA y HART con SIMATIC PDM, tambin de diferentes fabricantes). Montaje rpido y sin errores. Reduccin de los costes del servicio tcnico gracias a la mayor facilidad del cableado y la simplificacin de la estructura de la instalacin, con la posibilidad de obtener diagnsticos detallados. Notable reduccin de los costes de puesta en servicio gracias a la comprobacin simplificada de bucles (Loop-Check). Escalado/Digitalizacin de los valores de medida ya en el aparato de campo, lo que suprime la necesidad del reescalado en SIMATIC PCS 7.

GAMA DE APLICACIN PROFIBUS es idneo para la rpida comunicacin con periferia distribuida (PROFIBUS DP) en la automatizacin de procesos de fabricacin y tambin para las tareas de comunicacin en la automatizacin de procesos (PROFIBUS PA). Es el primer sistema de buses de campo que cubre las necesidades de ambos sectores con servicios de comunicacin idnticos. La tecnologa de transmisin del PROFIBUS PA est ajustada a la medida a las necesidades de la industria de procesos industriales. Los servicios de comunicacin normalizados garantizan la interoperabilidad entre los aparatos de campo de diferentes fabricantes y la parametrizacin remota de los aparatos de campo sobre la marcha. Con SIMATIC PDM (Process Device Manager), una herramienta coherente para productos de diferentes fabricantes, para la configuracin, la parametrizacin, la puesta en servicio y el diagnstico de aparatos de proceso inteligentes conectados al PROFIBUS, se pueden configurar un sinfn de aparatos de proceso de diversos fabricantes con una interfaz de usuario grfica unificada. PROFIBUS PA puede utilizarse tanto en los entornos estndar como en reas con peligro de explosin. Para la aplicacin en reas con peligro de explosin, el PROFIBUS PA y todos los aparatos conectados deben estar diseados en el modo de proteccin. El protocolo unitario de PROFIBUS DP y PROFIBUS PA permite enlazar las dos redes y, con ello, ofrece la posibilidad de combinar un buen rendimiento en tiempo con un sistema de transmisin de seguridad intrnseca.

FUNCIONES PROFIBUS PA realiza la extensin del PROFIBUS DP con unos componentes ajustados al proceso para la conexin directa de actuadores y sensores. En PROFIBUS PA, el sistema de transmisin RS 485 se ha substituido por una tecnologa de transmisin, optimizada para las aplicaciones de seguridad intrnseca. Ambas tecnologas estn normalizadas a nivel internacional segn la norma IEC 61158. PROFIBUS PA utiliza el mismo protocolo de comunicacin que PROFIBUS DP; los servicios de comunicacin y los telegramas son idnticos. PROFIBUS PA permite conducir las informaciones y el suministro de energa para la alimentacin de los aparatos de campo a travs de un cable bifilar. USB El Bus de Serie Universal (USB) provee un estndar de bus serial para conectar dispositivos a una computadora (usualmente a una PC). Un sistema USB tiene un diseo asimtrico, que consiste en un solo servidor y mltiples dispositivos conectados en una estructura de rbol utilizando dispositivos hub especiales. Se pueden conectar hasta 127 dispositivos a un solo servidor, pero la suma debe incluir a los hubs tambin, as que el total de dispositivos realmente usables disminuye un poco. El estndar incluye la transmisin de energa al dispositivo conectado. Algunos dispositivos requieren poder mnimo, as que varios pueden ser conectados sin necesitar fuentes de poder extra. La mayora de los hubs incluye fuentes de alimentacin que dan energa a los dispositivos conectados a travs de ellos, pero algunos dispositivos gastan tanta energa que necesita su propia alimentacin.

El diseo del USB tena en mente eliminar la necesidad de adquirir tarjetas separadas para poner en los puertos bus ISA PCI, y mejorar las capacidades plug-and-play permitiendo a esos dispositivos ser desconectados aadidos al sistema sin necesidad de reiniciar. Cuando un nuevo dispositivo es conectado, el servidor lo enumera y agrega el software necesario para poder funcionar. El USB no ha remplazado completamente a los teclados AT y ratn PS/2, pero virtualmente todas las tarjetas madres de PC traen uno o ms puertos USB. En el tiempo de este escrito, la mayora de las tarjetas madres traen mltiples conexiones USB 2.0. El estndar USB 1.1 tena 2 ritmos de transferencia: 1.5 Mbit/s para teclados, mouse, joysticks, etc., y velocidad completa a 12 Mbit/s. La mayor ventaja del estndar USB 2.0 es la implementacin de un ritmo de alta velocidad de 480 Mbit/s. En su velocidad ms alta, el USB compite directamente con FireWire (excepto en el rea de cmaras digitales, el USB tiene limitaciones tecnolgicas que prohben su uso viable en esta rea).

CAN Controller Area Network (CAN), es un estndar de bus serie para permitir la adaptacin con redes de conexionado multiplexado desarrollado conjuntamente por Bosch e Intel para el cableado de dispositivos en automviles. En EE.UU. se usa el J185O. Hoy en da sus aplicaciones van desde las redes de alta velocidad a cableado multiplexado de bajo coste.

Sus especificaciones describen principalmente la capa de enlace de datos compuesta por una subcapa de control del enlace lgico y una subcapa de controles de acceso al medio y algunos aspectos de la capa fsica del modelo de referencia ISO. El resto de las capas del protocolo se han dejado a la eleccin del diseador de la red. En un modelo CAN todos los dispositivos estn conectados a un nico bus compartido y todos pueden empezar una transmisin. Por lo tanto implementa un sistema para evitar colisiones, por ejemplo que dos sistemas empiecen a transmitir a la vez. Existe una prioridad basada en un esquema de arbitraje para decidir cual de ellos se le permitir continuar transmitiendo. Es un protocolo muy robusto y se pueden conseguir transferencias de hasta 1Mbit/s. Transmisin de datos en serie (CAN) Los problemas en el intercambio de datos a travs de interfaces convencionales, pueden resolverse mediante la aplicacin de sistemas bus (vas colectoras de datos), por ejemplo CAN, un sistema bus desarrollado especialmente para vehculos motorizados. Bajo la condicin de que las unidades de control electrnicas tengan un interfaz en serie CAN.

Existen tres campos de aplicacin esenciales para el sistema CAN en el vehculo motorizado: - Acoplamiento de unidades de control. - Electrnica de la carrocera y de confort. - Comunicacin mvil. Acoplamiento de unidades de control Se acoplan entre si sistemas electrnicos como el control del motor de bomba de inyeccin, sistema antibloqueo ABS, sistema de traccin antideslizante ASR regulacin de la dinmica de marcha ESP, control electrnico de cambio, etc. Las unidades de control estn aqu unidas como estaciones con igualdad de derechos, mediante una estructura de bus lineal. Esta estructura presenta la ventaja de que en caso de fallar una estacin, el sistema bus contina estando plenamente a disposicin de las dems estaciones. En comparacin con otras disposiciones lgicas (estructuras anulares estructuras en estrella) se reduce as esencialmente la probabilidad de un fallo total. En el caso de estructuras anulares en estrella, el fallo de una estacin de la unidad central, conduce a un fallo total. Las velocidades de transmisin tpicas estn entre aprox. 125 kBit/s y 1Mbit/s (ejemplo: la unidad de control del motor y la unidad de control de bomba en la regulacin electrnica diesel comunican entre s a 500 kBit/s). Las velocidades de transmisin deben ser tan altas para poder garantizar el comportamiento de tiempo real requerido.

Direccionamiento referido al contenido

El sistema bus CAN no asigna direcciones a las diversas estaciones, sino que asigna a cada "mensaje" un "identificador" fijo de 11 29 bits. Este identificador representa el contenido del mensaje (ejemplo: nmero de revoluciones del motor). Una estacin emplea nicamente aquellos datos cuyo identificador correspondiente esta almacenado en la lista de mensajes a recibir. Todos los dems datos se ignoran simplemente. El direccionamiento referido al contenido hace posible enviar una seal a varias estaciones, mandando un sensor su seal, directamente a travs de una unidad de control, a la red bus que la distribuye correspondientemente. Adems es posible as realizar muchas variantes de equipamiento, porque pueden aadirse por ejemplo: estaciones adicionales a un sistema bus CAN ya existente. Prioridad El identificador determina junto al contenido de datos simultneamente la prioridad (preferencia) del mensaje al realizar la emisin. Una seal que varia rpidamente (ejemplo: el nmero de revoluciones del motor) debe transmitirse tambin con gran rapidez, y recibe por lo tanto una prioridad mayor que una seal que vara relativamente lenta (ejemplo: temperatura del motor). Asignacin de bus

Cuando est libre el bus puede comenzar cualquier estacin a transmitir su mensaje. Si comienzan a emitir varias estaciones simultneamente, se impone el mensaje de mayor prioridad, sin que se produzca una prdida de tiempo de bit. Los emisores con mensajes de menor prioridad se convierten automticamente en receptores y repiten su intento de emisin, en cuanto est libre otra vez el bus. Formato de mensaje

Para la transmisin en el bus, se crea un marco de datos (Data Frame), cuya longitud abarca como mximo 130 bit (formato estndar) 150 bit (formato ampliado). De esta forma queda asegurado que el tiempo de espera hasta la siguiente transmisin, posiblemente muy urgente, se mantenga siempre corto. El "Data Frame" consta de siete campos sucesivos:

"Start of Frame" marca de comienzo de un mensaje y sincroniza todas las estaciones.

"Arbitration Field" consta del identificador del mensaje y un bit de control adicional. Durante la transmisin de este campo, el emisor comprueba en cada bit si todava esta autorizado para emitir si esta emitiendo otra estacin de mayor prioridad. El bit de control decide si el mensaje se trata de un "Data Frame" de un "Remote Frame". "Control Field" contiene el cdigo sobre la cantidad de bytes de datos en el "Data Field". "Data Field" dispone de un contenido de informacin entre 0 y 8 bytes. Un mensaje de longitud 0 puede emplearse para la sincronizacin de procesos distribuidos. "CRC Field" contiene una palabra de proteccin de marco para el reconocimiento de posibles anomalas de transmisin producidas. "Ack Field" contiene una seal de confirmacin de todos los receptores que han recibido el mensaje sin fallos. "End of Frame" marca el final del mensaje.

Diagnostico integrado

El sistema bus CAN dispone de una serie de mecanismos de control para el reconocimiento de anomalas. Pertenece aqu por ejemplo: la seal de seguridad en el "Data Frame" y el "Monitoring", en la que cada emisor recibe otra vez su propio mensaje, pudiendo reconocer entonces posibles divergencias. Si una estacin registra una anomala, emite entonces un "flag de error", que detiene la transmisin en curso. De esta forma se impide que otras estaciones reciban el mensaje errneo. En caso de una estacin defectuosa podra ocurrir sin embargo que todos los mensajes, es decir tambin los mensajes sin errores, sean interrumpidos con un flag de error. Para evitar esto, el sistema bus CAN esta equipado con un mecanismo que puede distinguir entre anomalas ocasionales y anomalas permanentes y pueden localizar fallos de estacin. Esto se produce mediante una evaluacin estadstica de las situaciones de error. Estandarizacin El sistema CAN fue estandarizado por la organizacin normativa internacional ISO, para el intercambio de datos en vehculos motorizados:

- Para aplicacin hasta 125 kBit/s, como ISO 11 519-2. - Para aplicaciones superiores a 125 kBit/s como ISO 11 898.

I2C Bus I2C, que es un interfaz serie de dos hilos desarrollado por Philips. 1.7.10.1 bus I2C

Mximo d3e dispositivos 400pF. Se puede conseguir velocidades de 100kbits/segundo Este bus se basa en tres seales: SDA (System Data) por la cual viajan los datos entre los dispositivos. SCL (System Clock) por la cual transitan los pulsos de reloj que sincronizan el sistema. GND (Masa) Interconectada entre todos los dispositivos "enganchados" al bus. El protocolo comienza con la seal de bus desocupado o seal de comienzo (Start) que es una seal 5 voltios en el reloj seguida de un flanco de bajada en la seal de datos. El protocolo termina con la seal de parada (stop) que es un valor de 5 voltios en el reloj y un flanco de subida en la seal de datos.

En el protocolo 8 bits son 1 byte. Cada byte se transmite marcando cada bit en el bus de datos y haciendo un pulso de 5v en la seal de reloj. Cuando se transmiten los 8 bits hay que transmitir un bit de confirmacin (acknowledgement) obligatorio. Este bit lo transmite el dispositivo esclavo receptor. Consiste en que el receptor mantiene la seal de datos baja durante un pulso de reloj mandado por el dispositivo maestro. Primer byte direccin de dispositivo 7bits y luego un bit indicando si es lectura escritura (bit de read/write).

Norma RS-232c El puerto serie RS-232C, presente en todos los ordenadores actuales, es la forma mas comnmente usada para realizar transmisiones de datos entre ordenadores. El RS-232C es un estndar que constituye la tercera revisin de la antigua norma RS-232, propuesta por la EIA (Asociacin de Industrias Electrnicas), realizndose posteriormente un versin internacional por el CCITT, conocida como V.24. Las diferencias entre ambas son mnimas, por lo que a veces se habla indistintamente de V.24 y de RS-232C (incluso sin el sufijo "C"), refirindose siempre al mismo estndar. El RS-232C consiste en un conector tipo DB-25 de 25 pines, aunque es normal encontrar la versin de 9 pines DB-9, mas barato e incluso ms extendido para cierto tipo de perifricos (como el ratn serie del PC). En cualquier caso, los PCs no suelen emplear ms de 9 pines en el conector DB-25. Las seales con las que trabaja este puerto serie son digitales, de +12V (0 lgico) y -12V (1 lgico), para la entrada y salida de datos, y a la inversa en las seales de control. El estado de reposo en la entrada y salida de datos es -12V. Dependiendo de la velocidad de transmisin empleada, es posible tener cables de hasta 15 metros. Cada pin puede ser de entrada de salida, teniendo una funcin especfica cada uno de ellos. Los ms importantes son: Pin Funcin TXD (Transmitir Datos) RXD (Recibir Datos) (Terminal de Datos DTR Listo) (Equipo de Datos DSR Listo) RTS (Solicitud de Envo) CTS (Libre para Envo) DCD (Deteccin de

Portadora) Las seales TXD, DTR y RTS son de salida, mientras que RXD, DSR, CTS y DCD son de entrada. La masa de referencia para todas las seales es SG (Tierra de Seal). Finalmente, existen otras seales como RI (Indicador de Llamada), y otras poco comunes que no se explican en este artculo por rebasar el alcance del mismo.

El puerto serie en el PC El ordenador controla el puerto serie mediante un circuito integrado especfico, llamado UART (Transmisor-Receptor-Asncrono Universal). Normalmente se utilizan los siguientes modelos de este chip: 8250 (bastante antiguo, con fallos, solo llega a 9600 baudios), 16450 (versin corregida del 8250, llega hasta 115.200 baudios) y 16550A (con buffers de E/S). A partir de la gama Pentium, la circuiteria UART de las placa base son todas de alta velocidad, es decir UART 16550A. De hecho, la mayora de los mdems conectables a puerto serie necesitan dicho tipo de UART, incluso algunos juegos para jugar en red a travs del puerto serie necesitan de este tipo de puerto serie. Por eso hay veces que un 486 no se comunica con la suficiente velocidad con un PC Pentium... Los porttiles suelen llevar otros chips: 82510 (con buffer especial, emula al 16450) o el 8251 (no es compatible). Para controlar al puerto serie, la CPU emplea direcciones de puertos de E/S y lneas de interrupcin (IRQ). En el AT-286 se eligieron las direcciones 3F8h (o 0x3f8) e IRQ 4 para el COM1, y 2F8h e IRQ 3 para el COM2. El estndar del PC llega hasta aqu, por lo que al aadir posteriormente otros puertos serie, se eligieron las direcciones 3E8 y 2E8 para COM3-COM4, pero las IRQ no estn especificadas. Cada usuario debe elegirlas de acuerdo a las que tenga libres el uso que vaya a hacer de los puertos serie (por ejemplo, no importa compartir una misma IRQ en dos puertos siempre que no se usen conjuntamente, ya que en caso contrario puede haber problemas). Es por ello que ltimamente, con el auge de las comunicaciones, los fabricantes de PCs incluyan un puerto especial PS/2 para el ratn, dejando as libre un puerto serie. Mediante los puertos de E/S se pueden intercambiar datos, mientras que las IRQ producen una interrupcin para indicar a la CPU que ha ocurrido un evento (por ejemplo, que ha llegado un dato, que ha cambiado el estado de algunas seales de entrada). La CPU debe responder a estas interrupciones lo mas rpido posible, para que de tiempo a recoger el dato antes de que el siguiente lo sobrescriba. Sin embargo, las UART 16550A incluyen unos buffers de tipo FIFO, dos de 16 bytes (para recepcin y transmisin), donde se pueden guardar varios datos antes de que la CPU los recoja. Esto tambin disminuye el numero de interrupciones por segundo generadas por el puerto serie. El RS-232 puede transmitir los datos en grupos de 5, 6, 7 u 8 bits, a unas velocidades determinadas (normalmente, 9600 bits por segundo o ms). Despus de la transmisin de los datos, le sigue un bit opcional de paridad (indica si el numero de bits transmitidos es par o impar, para detectar fallos), y despus 1 2 bits de Stop. Normalmente, el protocolo utilizado ser 8N1 (que significa, 8 bits de datos, sin paridad y con 1 bit de Stop). Una vez que ha comenzado la transmisin de un dato, los bits tienen que llegar uno detrs de otro a una velocidad constante y en determinados instantes de tiempo. Por eso se dice

que el RS-232 es asncrono por carcter y sincrono por bit. Los pines que portan los datos son RXD y TXD. Las dems se encargan de otros trabajos: DTR indica que el ordenador esta encendido, DSR que el aparato conectado a dicho puerto esta encendido, RTS que el ordenador puede recibir datos (porque no esta ocupado), CTS que el aparato conectado puede recibir datos, y DCD detecta que existe una comunicacin, presencia de datos. Tanto el aparato a conectar como el ordenador ( el programa terminal) tienen que usar el mismo protocolo serie para comunicarse entre si. Puesto que el estndar RS-232 no permite indicar en que modo se esta trabajando, es el usuario quien tiene que decidirlo y configurar ambas partes. Como ya se ha visto, los parmetros que hay que configurar son: protocolo serie (8N1), velocidad del puerto serie, y protocolo de control de flujo. Este ultimo puede ser por hardware (el que ya hemos visto, el handshaking RTS/CTS) o bien por software (XON/XOFF, el cual no es muy recomendable ya que no se pueden realizar transferencias binarias). La velocidad del puerto serie no tiene por que ser la misma que la de transmisin de los datos, de hecho debe ser superior. Por ejemplo, para transmisiones de 1200 baudios es recomendable usar 9600, y para 9600 baudios se pueden usar 38400 (o 19200). Este es el diagrama de transmisin de un dato con formato 8N1. El receptor indica al emisor que puede enviarle datos activando la salida RTS. El emisor enva un bit de START (nivel alto) antes de los datos, y un bit de STOP (nivel bajo) al final de estos.

_____________________________________ Emisor ===== Receptor ____________________________________ CTS RXD START STOP

LA NORMA RS-422 La norma TIA/EIA-422-B ms conocida como RS-422 se utiliza cuando se requieren velocidades mayores de transmisin que las que ofrecen los anteriores sistemas es necesario utilizar un sistema de transmisin diferencial, para evitar los efectos del ruido que aparecen con tensiones en modo comn en las salidas del emisor a la entrada del receptor. La norma RS 422 fue definida por la EIA para este propsito permitiendo velocidades de transmisin de hasta 10 Mbit/s y hasta una longitud de cable de 1.200 m. Los dispositivos emisores que cumplen esta norma son capaces de transmitir seales diferenciales con un mnimo de 2 V. sobre un par de lneas trenzadas terminadas con una impedancia de 100 ohm. Los receptores deben ser capaces de detectar una seal diferencial de 200 mV. en presencia de una seal comn de 7 V. La ventaja de esta norma con respecto a la RS-232 es que en aplicaciones de bus, permite que un solo emisor pueda comunicar con varios receptores aunque tiene la limitacin de que los restantes receptores deben estar en estado de alta impedancia para no cargar al bus. Otro problema que presenta es el de la contencin, es decir, no permite que varios emisores transmitan informacin simultneamente. Cuando esto ocurre, la excesiva corriente producida por la tensin de modo comn generada, puede llevar a la destruccin del circuito emisor, puesto que no existen limitaciones para evitarla bajo estas condiciones. Configuraciones de la TIA/EIA-422-B (RS-422)

Esta norma permite la configuracin de tres montajes bsicos: CONFIGURACIN PUNTO A PUNTO CONFIGURACIN MUTI-CARGA CONFIGURACIN MUTI-PUNTO

Configuracin Punto a Punto Esta configuracin solo permite un controlador de dispositivo (emisor) y un solo sistema receptor. Las aplicaciones punto a punto pueden ser resueltas con normas como TIA/EIA-232E porque esta es la configuracin ms popular para la RS-232. Sin embargo, no se restringen las normas del diferencial cuando la RS-422 se utiliza como aplicacin punto a punto. Configuracin Multi-carga La segunda configuracin, Multi-carga, es un controlador de dispositivo (emisor) con dos ms receptores normalmente conectados en estrella terminando con una impedancia de carga. Para la RS-422, el nmero mximo de receptores es de 10 unidades, si la impedancia entrada del receptor (Rin) es igual a 4 Kohmios es considerado 1 unidad de carga. Si la Rin un receptor es igual a 8 Kohmios entonces ese receptor es considerado como 1/2 unidad carga. Por consiguiente un controlador de dispositivo de RS-422 puede manejar receptores con la unidad de carga y 20 receptores con una Rin=8kohmios. de de de 10

Configuracin Multi-punto El ltimo tipo de configuracin que puede realizarse con la norma RS-422 es multi-punto, que usa dos ms controladores de dispositivo (emisores) conectados a uno ms receptores (ver la figura). normalmente no se disean los controladores de dispositivo RS422 para este tipo de configuracin. Sin embargo, un sistema multi-punto con RS-422 puede ser logrado si se solucionan ciertos problemas. Los tres problemas son las diferencias de potencial posibles entre los dispositivos, la competencia entre ellos, y la capacidad de control de stos. Por tanto, para esta configuracin se recomienda utilizar si es posible la norma RS-485.

Datos Tcnicos Tensin de emisin: Nivel 0: +2 a +6 V. (generalmente +5 V) Nivel 1: -2 a -6 V. (generalmente -5 V) Impedancia de recepcin: > 4 Kohmios (no especificada); Tensin de recepcin: Nivel 0: > +0,2 V. Nivel 1: < -0,2 V. Velocidad de transmisin mxima: 10 Mbit/s Longitud del cable mxima: 1.200 m. Enlace multi-punto (un emisor por cada 10 receptores, como mximo)

El Estndar RS-485 A pesar de su uso extendido, el estndar RS-485 no se conoce tambin como debera ser, sin embargo, si invierte un poco de tiempo en leer estas notas tcnicas seguro que se familiarizar con la norma un poco ms. La norma RS-485 est siendo la aplicacin fundamental para conexiones multi-punto en la industria. La RS-485 es la nica que permite una red de nodos mltiples con comunicacin bidireccional con un solo par de cables trenzados, no todos los estndares combinan esta capacidad con el buen rechazo al ruido, con excelente velocidad de transmisin de datos, con gran longitud del cable de interconexin, y la robustez general del estndar.Por estas razones, existe una gran variedad de uso de las aplicaciones con RS-485 para la transmisin de datos entre aparatos en sectores como: Automocin Informtica Robtica Repetidores celulares Fabricantes de PLCs Fabricantes de Sinpticos Etc.

Aunque la RS-485 es sumamente popular, los fabricantes de productos que quieren incorporar esta norma, deben aprender y comprender los problemas de la interconexin con la RS-485. Si se entienden los problemas que pueden surgir durante el diseo, el proyecto puede llevar a una aplicacin sin preocupaciones y puede reducir el tiempo para su puesta en prctica. La RS-485 va dirigida a necesidades ms amplias de las que alcanza la RS-422, sta cubre las aplicaciones con un solo transmisor y mltiples receptores. La RS-485 es de bajo coste, bidireccional, multi-punto, interconexin con fuerte rechazo del ruido, buena tasa y rapidez de transmisin de datos, alta velocidad en la transmisin de datos y un rango del modo comn ancho. La norma especifica las caractersticas elctricas de transmisores y receptores para la transmisin diferencial multi-punto de datos, no hace referencia ni especfica el protocolo, s el cdigo, las caractersticas mecnicas del conector y las conexiones de los pines (pinout). Nombres y revisiones La EIA (Electronic Industries Association) Technical Recommendation Committee TR30, especific la norma RS-485 en el ao 1983. La Telecommunitcations Industry Association (TIA) es ahora la responsable para las revisiones futuras. La RS-485 se est revisando actualmente, en su revisin y despus de una votacin la norma revisada pasar ha llamarse "ANSI TIA/EIA-485-A". Conceptos tcnicos Existen, por lo menos, 10 conceptos tcnicos que se deben repasar antes de aplicar la norma, que son: La forma de los nodos Las configuraciones La media de interconectores Velocidad de los datos y la longitud del cable Terminales y adaptadores Diferencial nico y parmetros de RS-485 Blindajes y tierras Modo de proteccin Especial-funcin transmisor-receptor Relacin fallo-seguridad La forma de los Nodos El estndar RS-485 permite su uso en redes mltiples de gran velocidad si tenemos en cuenta las siguientes recomendaciones: Cada bus red no debe tener ms de 32 cargas. El control direccional de los repetidores es complejo, pero se puede solucionar por hardware, por consiguiente, una estimacin algo conservadora es que, sin usar los transceptores especiales, una red puede incluir 32 transceptores. Una red tpica incluye nodos mltiples. Cada transceptor incluye un emisor diferencial D, y un receptor diferencial R, siendo la longitud de los cabos. Datos Tcnicos ESPECIFICACIONESRS-485 Modo de trabajo Diferencial Nmero Total de Emisores y Receptores en Una Lnea1 EMISOR 32 RECEPTORES Mxima Longitud del Cable4000 FT. (1.200 m.) Velocidad Mxima de transmisin de Datos10 Mb/s

Tensiones Mximas de Salida-7V a +12V Nivel de la Seal de Salida (Carga Min.)Con Carga+/-1.5V Nivel de la Seal de Salida (Carga Mx.)Con Carga+/-6V Resistencia de Carga (Ohms) 54 Mx. Corriente en Estado Z AltoAlimentacin conectada+/-100A Mx. Corriente en Estado Z AltoAlimentacin desconectada+/-100A Velocidad de Cambio (Mx.)N/A Tensiones de entrada del Receptor-7V a +12V Sensibilidad de entrada del Receptor+/-200mV Resistencia de entrada del Receptor (Ohms)>=12k min. INTERBUS Protocolo propietario, inicialmente, de la empresa Phoenix Conctact GmbH, aunque posteriormente ha sido abierta su especificacin. Normalizado bajo DIN 19258, norma europea EN 50 254. Fue introducido en el ao 1984. Utiliza una topologa en anillo y comunicacin mediante un registro de desplazamiento en cada nodo. Se pueden enlazar buses perifricos al principal. Capa fsica basada en RS-485. Cada dispositivo acta como repetidor. As se puede alcanzar una distancia entre nodos de 400 m para 500Kbps y una distancia total de 12 KM. Es posible utilizar tambin enlaces de fibra ptica. Capa de transporte basada en una trama nica que circula por el anillo (trama de suma). La informacin de direccionamiento no se incluye en los mensajes, los datos se hacen circular por la red. Alta eficiencia. Para aplicaciones de pocos nodos y un pequeo conjunto de entradas/salidas por nodo, pocos buses pueden ser tan rpidos y eficientes como INTERBUS. Fsicamente tiene la impresin de seguir una topologa en estrella, pero realmente cada nodo tiene un punto de entrada y otro de salida hacia el siguiente nodo. Es muy sensible a corte completo de comunicacin al abrirse el anillo en cualquiera de los nodos. Por otra parte, la estructura en anillo permite una fcil localizacin de fallos y diagnstico. Es muy apropiado para comunicacin determinista a alta velocidad, es muy difcil una filosofa de comunicacin orientada a eventos. DEVICENET Bus basado en CAN. Su capa fsica y capa de enlace se basan en ISO 11898, y en la especificacin de Bosh 2.0, DeviceNet define una de las ms sofisticadas capas de aplicaciones industriales sobre bus CAN. DeviceNet fue desarrollado por Allen-Bradley a mediados de los noventa, posteriormente pas a ser una especificacin abierta soportada en la ODVA (Open DeviceNet Vendor Association), cualquier fabricante puede asociarse a esta organizacin y obtener especificaciones, homologar productos, etc. Es posible la conexin de hasta 64 nodos con velocidades de 125 Kbps a 500 Kbps en distancias de 100 a 500 m. Utiliza una definicin basada en orientacin a objetos para modelar los servicios de comunicacin y el comportamiento externo de los nodos. Define mensajes y conexiones para funcionamiento maestro-esclavo, interrogacin cclica, "strobing" lanzamiento de interrogacin general de dispositivos, mensajes espontneos de cambio de estado, comunicacin uno-uno, modelo productor-consumidor, carga y descarga de bloques de datos y ficheros etc.

DeviceNet ha conseguido una significativa cuota de mercado. Existen ms de 300 productos homologados y se indica que el nmero de nodos instalados superaba los 300.000 en 1998. Est soportado por numerosos fabricantes: Allen-Bradley, ABB, Danfoss, Crouzet, Bosh, Control Techniques, Festo, Omron, etc. FOUNDATION FIELDBUS Un bus orientado sobre todo a la interconexin de dispositivos en industrias de proceso continuo. Su desarrollo ha sido apoyado por importantes fabricantes de instrumentacin (Fisher-Rosemount, Foxboro,...). En la actualidad existe una asociacin de fabricantes que utilizan este bus, que gestiona el esfuerzo normalizador, la Fieldbus Foundation. Normalizado como ISA SP50, IEC-ISO 61158 (ISA es la asociacin internacional de fabricantes de dispositivos de instrumentacin de proceso). En su nivel H1 (uno) de la capa fsica sigue la norma IEC 11158-2 para comunicacin a 31,25 Kbps, es por tanto, compatible con Profibs PA, su principal contendiente. Presta especial atencin a las versiones que cumplen normas de seguridad intrnseca para industrias de proceso en ambientes combustibles explosivos. Se soporta sobre par trenzado y es posible la reutilizacin de los antiguos cableados de instrumentacin analgica 4-20 mA. Se utiliza comunicacin sncrona con codificacin Manchester Bifase-L. La capa de aplicacin utiliza un protocolo sofisticado, orientado a objetos con mltiples formatos de mensaje. Distingue entre dispositivos con capacidad de arbitracin (Link Master) y normales. En cada momento un solo Link master arbitra el bus, puede ser sustituido por otro en caso de fallo. Utiliza diversos mensajes para gestionar comunicacin por paso de testigo, comunicacin cliente-servidor, modelo productor-consumidor etc. Existen servicios para configuracin, gestin de diccionario de objetos en nodos, acceso a variables, eventos, carga descarga de ficheros y aplicaciones, ejecucin de aplicaciones, etc. La codificacin de mensajes se define segn ASN.1 El nivel H2 (dos) est basado en Ethernet de alta velocidad (100 Mbps) y orientado al nivel de control de la red industrial. FIP- WorldFIP Desarrollado en Francia a finales de los ochenta y normalizado por EN 50170, que tambin cubre Profibus. Sus capas fsica y de aplicacin son anlogas a las de Foundation Fieldbus H1 y Profibus PA. La divisin Norteamrica de WorldFIP se uni a mediados de los noventa a la Fieldbus Foundation en el esfuerzo por la normalizacin de un bus industrial comn. Utiliza un modelo productor-consumidor con gestin de variables cclicas, eventos y mensajes genricos. SDS SDS ("Smart Distributed System") es, junto con DeviceNet y CANOpen, uno de los buses de campo basados en CAN ms extendidos. Fue desarrollado por el fabricante de sensores industriales Honeywell en 1989. Se ha utilizado sobre todo en aplicaciones de sistemas de almacenamiento, empaquetado y clasificacin automtica. Se define una capa fsica que incluye alimentacin de dispositivos en las conexiones. La capa de aplicacin define autodiagnstico de nodos, comunicacin por eventos y prioridades de alta velocidad.

MODBUS En su definicin inicial Modbus era una especificacin de tramas, mensajes y funciones utilizada para la comunicacin con los PLCs Modicon. Modbus puede implementarse sobre

cualquier lnea de comunicacin serie y permite la comunicacin por medio de tramas binarias o ASCII con un proceso interrogacin-respuesta simple. Debido a que fue incluido en los PLCs de la prestigiosa firma Modicon en 1979, ha resultado un estndar de facto para el enlace serie entre dispositivos industriales. Modbus Plus define un completo bus de campo basado en tcnica de paso de testigo. Se utiliza como soporte fsico el par-trenzado o fibra ptica. En la actualidad Modbus es soportado por el grupo de automatizacin Schneider (Telemechanique, Modicon,...). INDUSTRIAL ETHERNET La norma IEEE 802.3 basada en la red Ethernet de Xerox se ha convertido en el mtodo ms extendido para interconexin de computadores personales en redes de proceso de datos. En la actualidad se vive una autntica revolucin en cuanto a su desplazamiento hacia las redes industriales. Es indudable esa penetracin. Diversos buses de campo establecidos como Profibus, Modbus etc. han adoptado Ethernet como la red apropiada para los niveles superiores. En todo caso se buscan soluciones a los principales inconvenientes de Ethernet como soporte para comunicaciones industriales: El intrnseco indeterminismo de Ethernet se aborda por medio de topologas basadas en conmutadores. En todo caso esas opciones no son gratuitas. Se han de aplicar normas especiales para conectores, blindajes, rangos de temperatura etc. La tarjeta adaptadora Ethernet empieza a encarecerse cuando se la dota de robustez para un entorno industrial

Parece difcil que Ethernet tenga futuro a nivel de sensor, aunque puede aplicarse en nodos que engloban conexiones mltiples de entrada-salida. Como conclusin Ethernet est ocupando un rea importante entre las opciones para redes industriales, pero parece aventurado afirmar, como se ha llegado a hacer, que pueda llegar a penetrar en los niveles bajos de la pirmide CIM. ASI ASI (Actuator Sensor Interface) es un bus de campo desarrollado inicialmente por Siemens, para la interconexin de actuadores y sensores binarios. Actualmente est recogido por el estndar IEC TG 17B. A nivel fsico, la red puede adoptar cualquier tipo de topologa: estructura en bus, en rbol, en estrella en anillo. Permite la interconexin de un mximo de 31 esclavos. La longitud mxima de cada segmento es de 100 metros. Dispone de repetidores que permiten la unin de hasta tres segmentos, y de puentes hacia redes Profibus. Como medio fsico de transmisin, emplea un nico cable que permite tanto la transmisin de datos como la alimentacin de los dispositivos conectados a la red. Su diseo evita errores de polaridad al conectar nuevos dispositivos a la red. La incorporacin eliminacin de elementos de la red no requiere la modificacin del cable. El cable consta de dos hilos sin apantallamiento. Para lograr inmunidad al ruido, la transmisin se hace basndose en una codificacin Manchester. Cada esclavo dispone de hasta 4 entradas/salidas, lo que hace que la red pueda controlar hasta 124 E/S digitales. La comunicacin sigue un esquema maestro - esclavo, en la cual el maestro interroga a las estaciones envindoles mensajes (llamados telegramas) de 14 bits y el esclavo responde con un mensaje de 7 bits. La duracin de cada ciclo pregunta respuesta es de 150 s. En cada ciclo de comunicacin se deben consultar todos los esclavos, aadiendo dos ciclos extras para operaciones de administracin del bus (deteccin de fallos). El resultado es un tiempo de ciclo mximo de-5ms.

12 BITBUS Introducido por Intel a principios de los 80. Es un bus maestro-esclavo soportado sobre RS485 y normalizado en IEEE- 1118. Debido a su sencillez ha sido adoptado en redes de pequeos fabricantes integradores. En su capa de aplicacin se contempla la gestin de tareas distribuidas, es decir es, en cierto modo, un sistema multitarea distribuido. Existe una organizacin europea de soporte (Bitbus European User's Group).

TIPOS DE MODULACION Modulacin de Frecuencia (FSK, Frequency Shift Keying): se utiliza en los mdems de baja velocidad. Se emplea separando el ancho de banda total en dos bandas, los mdems pueden transmitir y recibir datos por el mismo canal simultneamente. El mdem que llama se pone en el modo de llamada y el mdem que responde pasa al modo de respuesta gracias a un conmutador que hay en cada mdem. Modulacin de Amplitud (ASK, Amplitud Shift Keying): no se utiliza en solitario en comunicaciones de datos porque es muy sensible a interferencias de ruido elctrico que pueden provocar errores en los datos recibidos. Modulacin de Fase (PSK, Phase Shift Keying )): se codifican los valores binarios como cambios de fase de la seal portadora. Modulacin Diferencial de Fase (DPSK, Diferential Phase Shift Keying): consiste en una variacin de PSK donde se toma el ngulo de fase del intervalo anterior como referencia para medir la fase de cualquier intervalo de seal. Modulacin de Amplitud de Cuadratura (QAM, Quadrature Amplitude Modulation): se emplea en los mdems ms rpidos. Consiste en una combinacin de PSK y ASK, es decir, se van a combinar las variaciones de amplitud en referencia al momento de fase en que ocurren con lo cual vamos a poder incluir ms bits en los mismos hertz. Modulacin por cdigo de impulsos (PCM pulse code modulation): Es un proceso digital de modulacin para convertir una seal analgica en un cdigo digital. La seal analgica se muestrea, es decir, se mide peridicamente. En un convertidor analgico/digital, los valores medidos se cuantifican, se convierten en un nmero binario y se descodifican en un tren de impulsos. Este tren de impulsos es una seal de alta frecuencia portadora de la seal analgica original. PCM BINARY CODE

Cdigo binario PCM.- Un cdigo de impulsos en el que los valores cuantificados son identificados por nmeros tomados en orden. Este trmino no debe emplearse para transmisin por lneas. PCM MULTIPLEX EQUIPMENT Equipo mltiplex PCM.- Un equipo para derivar una seal digital simple, a una velocidad de dgitos definida, de dos o ms canales analgicos mediante una combinacin de modulacin por cdigo de impulsos y un multiplexado por divisin de tiempo (multiplexor) y tambin para realizar la funcin inversa (demultiplexor). La descripcin debe ir seguida de una velocidad de dgitos binarios equivalente; p. ej., equipo mltiplex PCM de 2.048 kbit/s.

Compresin de Datos y Control de Errores MNP (Microcom Network Protocol): bajo estas siglas se agrupan un conjunto de protocolos que soportan interaccin con aplicaciones de transferencia de datos. Esta dividido en las clases siguientes: Clase 2: provee mecanismo de control de errores para transmisiones asincrnicas a 2400 bps con protocolos orientados a byte, la eficiencia anda por el 84%. Clase 3: permite al mdem aceptar datos en formato asincrnico y transmitirlos en modalidad sincrnica. La ventaja de este servicio es que limitan los bits de start y stop consiguiendo as un rendimiento de un 108%. Clase 4: este servicio provee un ensamblamiento de paquetes adaptables. Posee un rendimiento de un 120%. Clase 5: este servicio provee compresin de datos, negociacin y duplexacin, tcnica que consiste en que los modems se conectan a la menor velocidad, para luego comenzar a negociar el uso de velocidades superiores. Algoritmos de Compresin ms usados Codificacin Huffman: este algoritmo crea una tabla que codifica a los caracteres con longitud de bits variables, los ms empleados en 4 bits y los menos empleados empiezan con 5 llegando hasta a 11 bits. Codificacin Run-Length: se identifican secuencias repetitivas de al menos tres caracteres, envindose al carcter seguido del nmero que indica la cantidad de veces que debe ser repetido ese carcter. V.42/V.42 Bits: estos son los estndares de correccin de errores y compresin de datos respectivamente sugeridos por CCITT.

Supresin de Eco Posibilita la transmisin simultnea en ambos sentidos. Esta tcnica solo es posible si el diseo del mdem incorpora microprocesadores. La supresin del eco permite el uso de todo el ancho de banda de la lnea para la transmisin simultnea en ambos sentidos del enlace.

Bus de Campo

Foundation Fieldbus H1*1 Rata de transmisin [bits/s] Comunicacin 31.25 kB Single/ MultiMaster Token Passing H2*1 1.0 MB Single/ MultiMaster Token Passing H2*1 1.0 MB Single/ MultiMaster Token Passing H2*1 2.5 MB Single/ MultiMaster Token Passing

WorldFIP*4 31.25 kB 1.0 MB 2.5 MB Producer/ Consumer Bus Arbiter

Profibus*4 PA 31.25 kB Master/Master Master/Slave con Token Peer to Peer Token Passing

Acceso a la red

Medio de transmisin

Cantidad de Nodos mx. *9 Seguridad intrnseca? Alimentacin por Bus? ASIC disponible?*6 Medio de transmisin Normativa Normativa (s) aplicable (s)

240 por 240 por 240 por 240 por Segmento, Segmento, Segmento, Segmento, 32.768 32.768 32.768 256 por Red 32.768 por por por por Sistema Sistema Sistema Sistema Si Si Si ----Si Si ----Si Si Si IEC/ISA//FF IEC 1185-2 EN 50170 (Parte 3)

14400 por Segmento

Si Si Si IEC/ISA//FF IEC 1185-2 EN 50170-A2 DIN 19245

planificado planificado planificado

IEC 1158-2 IEC 1158-2 IEC 1158-2 IEC 1158-2

ISA 850

ISA 850

ISA 850

ISA 850

Bus de Equipo Profibus *4 DP*2 Rata de transmisin [bits/s] Hasta 1.5 MB y 12 MB FMS 500 kB CAN SDS DEVICENET*3 Hasta 1 MB

ControlNE LONWORKS Interbus-S T 5MB Hasta 1.25 MB 500 kB

Master/Master y Producer/ Producer/ Comunicacin Master/Slave con Token Consumer, Consumer Peer to Peer Peer to Peer Acceso a la red Polling cclico/ aciclico CSMA/CD/ NDA*5 CDTMA*7

Master/Slave, Master/Slav Peer to Peer e Predictive Media Access

Ninguno

Medio de transmisin

Cantidad de Nodos mx. *9 Seguridad intrnseca? Alimentacin por Bus? ASIC disponible?*6 Medio de transmisin Normativa Normativa (s) aplicable (s)

127 por segmento

2048

99 por Link 32.768 247 por por Dominio Red ----Si Si Si Si RS 485

256 estaciones

----Si RS 485 IEC1158-2*2 EN 50170 (parte 2) DIN 19245

----Si RS 485 EN 50170 (parte 2) DIN 19245

----Si

----Si RS 485 DIN E 19258 pr(EN 50254)

no no especificad especificado o ISO 11898 pr(EN 50254)

no especificado

Otros Protocolos Bus de Sensor AS-Interface Rata de transmisin [bits/s] 167 kB Protocolos de Comunicacin Modbus no determinado (1,2 kB-115,2 kB tpico) Ethernet 10MB Hart 1200 Baud

Comunicacin

Master/Slave

Master/Slave

Master/Slave Peer to Peer CSMA/CD*5

Master/Slave

Acceso a la red Medio de transmisin

Polling cclico

Token Passing

Ninguno

Cantidad de Nodos mx. *9 Seguridad intrnseca? Alimentacin por Bus? ASIC disponible?*6 Medio de transmisin Normativa Normativa (s) aplicable (s)

31 por Red

247 por Red

400 por segmento

15 por segmento

--Si Si no especificado IEC947-5-2/D EN 60 947 DIN VDE D660/208

------no especificado no especificado

----Si no especificado IEE802.3 ISO 8802.3

Si Si Si no especificado no especificado

Leyenda

Cable par trenzado

Cable de fibra ptica

Radio transmisin

Cable de fibra ptica (an no implementado)

Cable Coaxial*1 *2

H1 y H2 son terminologas del FOUNDATION Fieldbus que no se usan en el IEC Profibus - DP tambin disponible con set de instrucciones extendidas (ProfibusDPV1). *3 DEVICENET y SDS son utilidades en el nivel usuario (ISO), necesarias para CAN en el nivel fsico. *4 Profibus (excepto PA), WorldFIP y P-NET estn definidos en la Norma EN 50170. *5 CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection, (NDA-Destructive Bitwise Arbitration)

*6 *7

ASIC: Application Specific Integrated Circuit CTDMA: Concurrent Time Domain, Multiple Access.

REDES INALMBRICAS

Una de las tecnologas ms prometedoras y discutidas en esta dcada es la de poder comunicar computadoras mediante tecnologa inalmbrica. La conexin de computadoras mediante Ondas de Radio Luz Infrarroja, actualmente est siendo ampliamente investigado. Las Redes Inalmbricas facilitan la operacin en lugares donde la computadora no puede permanecer en un solo lugar, como en almacenes en oficinas que se encuentren en varios pisos. No se espera que las redes inalmbricas lleguen a remplazar a las redes cableadas. Estas ofrecen velocidades de transmisin mayores que las logradas con la tecnologa inalmbrica. Mientras que las redes inalmbricas actuales ofrecen velocidades de 2 Mbps, las redes cableadas ofrecen velocidades de 10 Mbps y se espera que alcancen velocidades de hasta 100 Mbps. Los sistemas de Cable de Fibra ptica logran velocidades an mayores, y pensando futuristamente se espera que las redes inalmbricas alcancen velocidades de ms de 10 Mbps. Sin embargo se pueden mezclar las redes cableadas y las inalmbricas, y de esta manera generar una "Red Hbrida" y poder resolver los ltimos metros hacia la estacin. Se puede considerar que el sistema cableado sea la parte principal y la inalmbrica le proporcione movilidad adicional al equipo y el operador se pueda desplazar con facilidad dentro de un almacn una oficina. Existen dos amplias categoras de Redes Inalmbricas:

1.

2.

De Larga Distancia.- Estas son utilizadas para transmitir la informacin en espacios que pueden variar desde una misma ciudad hasta varios pases circunvecinos (mejor conocido como Redes de rea Metropolitana MAN); sus velocidades de transmisin son relativamente bajas, de 4.8 a 19.2 Kbps. De Corta Distancia.- Estas son utilizadas principalmente en redes corporativas cuyas oficinas se encuentran en uno varios edificios que no se encuentran muy retirados entre si, con velocidades del orden de 280 Kbps hasta los 2 Mbps.

Existen dos tipos de redes de larga distancia: Redes de Conmutacin de Paquetes (pblicas y privadas) y Redes Telefnicas Celulares. Estas ltimas son un medio para transmitir informacin de alto precio. Debido a que los mdems celulares actualmente son ms caros y delicados que los convencionales, ya que requieren circuiteria especial, que permite mantener la prdida de seal cuando el circuito se alterna entre una clula y otra. Esta prdida de seal no es problema para la comunicacin de voz debido a que el retraso en la conmutacin dura unos cuantos cientos de milisegundos, lo cual no se nota, pero en la transmisin de informacin puede hacer estragos. Otras desventajas de la transmisin celular son: La carga de los telfonos se termina fcilmente. La transmisin celular se intercepta fcilmente (factor importante en lo relacionado con la seguridad). Las velocidades de transmisin son bajas. Todas estas desventajas hacen que la comunicacin celular se utilice poco, nicamente para archivos muy pequeos como cartas, planos, etc... Pero se espera que con los avances

en la compresin de datos, seguridad y algoritmos de verificacin de errores se permita que las redes celulares sean una opcin redituable en algunas situaciones. La otra opcin que existe en redes de larga distancia son las denominadas: Red Pblica De Conmutacin De Paquetes Por Radio. Estas redes no tienen problemas de prdida de seal debido a que su arquitectura est diseada para soportar paquetes de datos en lugar de comunicaciones de voz. Las redes privadas de conmutacin de paquetes utilizan la misma tecnologa que las pblicas, pero bajo bandas de radio frecuencia restringidas por la propia organizacin de sus sistemas de cmputo. Redes publicas de radio Las ondas de radio pueden viajar a grandes distancias y penetrar los edificios sin problemas, razn por la cual se usan tanto en interiores como en exteriores. Las ondas de radio son omnidireccionales sea viajan en todas las direcciones por lo que el transmisor y receptor no tienen que alinearse. Las propiedades de la onda dependen de la frecuencia. Abajas frecuencias las ondas de radio cruzan bien los obstculos, pero la potencia disminuye drsticamente con la distancia de la fuente. A frecuencias altas, las ondas tienden a viajar en lnea recta y a rebotar por los obstculos tambin son absorbidas por la lluvia. En todas las frecuencias, las ondas de radio estn sujetas a interferencia por motores y otros equipos elctricos. Esta es una de las razones por la cual, los gobiernos legislan el uso de los radiotransmisores. Las redes pblicas tienen dos protagonistas principales: "ARDIS" (una asociacin de Motorola e IBM) y "Ram Mobile Data" (desarrollado por Ericcson AB, denominado MOBITEX). Este ltimo es el ms utilizado en Europa. Estas Redes proporcionan canales de radio en reas metropolitanas, las cuales permiten la transmisin a travs del pas y que mediante una tarifa pueden ser utilizadas como redes de larga distancia. La compaa proporciona la infraestructura de la red, se incluye controladores de reas y Estaciones Base, sistemas de cmputo tolerantes a fallas, estos sistemas soportan el estndar de conmutacin de paquetes X.25, as como su propia estructura de paquetes. Estas redes se encuentran de acuerdo al modelo de referencia OSI. ARDIS especifica las tres primeras capas de la red y proporciona flexibilidad en las capas de aplicacin, permitiendo al cliente desarrollar aplicaciones de software (por ej. una compaa llamada RF Data, desarrollo una rutina de compresin de datos para utilizarla en estas redes pblicas).Los fabricantes de equipos de computo venden perifricos para estas redes (IBM desarrollo su "PCRadio" para utilizarla con ARDIS y otras redes, pblicas y privadas). La PCRadio es un dispositivo manual con un microprocesador 80C186 que corre DOS, un radio/fax/mdem incluido y una ranura para una tarjeta de memoria y 640 Kb de RAM. Estas redes operan en un rango de 800 a 900 Mhz. ARDIS ofrece una velocidad de transmisin de 4.8 Kbps. Motorola Introdujo una versin de red pblica en Estados Unidos que opera a 19.2 Kbps; y a 9.6 Kbps en Europa (debido a una banda de frecuencia ms angosta). Las redes pblicas de radio como ARDIS y MOBITEX jugaran un papel significativo en el mercado de redes de rea local (LANs) especialmente para corporaciones de gran tamao. Por ejemplo, elevadores OTIS utiliza ARDIS para su organizacin de servicios. Redes De Area Local (LAN) Las redes inalmbricas se diferencian de las convencionales principalmente en la "Capa Fsica" y la "Capa de Enlace de Datos", segn el modelo de referencia OSI. La capa fsica indica como son enviados los bits de una estacin a otra. La capa de enlace de datos (denominada MAC), se encarga de describir como se empacan y verifican los bits de modo que no tengan errores. Las dems capas forman los protocolos utilizan puentes, ruteadores compuertas para conectarse. Los dos mtodos para remplazar la capa fsica en una red inalmbrica son la transmisin de Radio Frecuencia y la Luz Infrarroja.

REDES INFRARROJAS

Las ondas infrarrojas se usan para comunicaciones de corto alcance no atraviesan los objetos slidos lo cual ofrece una ventaja de no interferencia. Adems, la seguridad de los sistemas infrarrojos contra espionaje es mejor que la de los sistemas de radio, no es necesario obtener licencia del gobierno para operar un sistema infrarrojo. Las redes de luz infrarroja estn limitadas por el espacio y casi generalmente la utilizan redes en las que las estaciones se encuentran en un solo cuarto o piso, algunas compaas que tienen sus oficinas en varios edificios realizan la comunicacin colocando los receptores/emisores en las ventanas de los edificios. Las transmisiones de radio frecuencia tienen una desventaja: que los pases estn tratando de ponerse de acuerdo en cuanto a las bandas que cada uno puede utilizar, al momento de realizar este trabajo ya se han reunido varios pases para tratar de organizarse en cuanto a que frecuencias pueden utilizar cada uno. La transmisin Infrarroja no tiene este inconveniente por lo tanto es actualmente una alternativa para las Redes Inalmbricas. El principio de la comunicacin de datos es una tecnologa que se ha estudiado desde los 70 s, Hewlett-Packard desarroll su calculadora HP-41 que utilizaba un transmisor infrarrojo para enviar la informacin a una impresora trmica porttil, actualmente esta tecnologa es la que utilizan los controles remotos de las televisiones o aparatos elctricos que se usan en el hogar. El mismo principio se usa para la comunicacin de Redes, se utiliza un "transreceptor" que enva un haz de luz infrarroja, hacia otro que la recibe. La transmisin de luz se codifica y decodifica en el envo y recepcin en un protocolo de red existente. Uno de los pioneros en esta rea es Richard Allen, que fund Photonics Corp., en 1985 y desarroll un "Transreceptor Infrarrojo". Las primeros transreceptores dirigan el haz infrarrojo de luz a una superficie pasiva, generalmente el techo, donde otro transreceptor reciba la seal. Se pueden instalar varias estaciones en una sola habitacin utilizando un rea pasiva para cada transreceptor. La FIG 2.4 muestra un transreceptor. En la actualidad Photonics a desarrollado una versin AppleTalk/LocalTalk del transreceptor que opera a 230 Kbps. El sistema tiene un rango de 200 mts. Adems la tecnologa se ha mejorado utilizando un transreceptor que difunde el haz en todo el cuarto y es recogido mediante otros transreceptores. El grupo de trabajo de Red Inalmbrica IEEE 802.11 est trabajando en una capa estndar MAC para Redes Infrarrojas.

Redes De Radio Frecuencia Por el otro lado para las Redes Inalmbricas de RadioFrecuencia, la FCC permiti la operacin sin licencia de dispositivos que utilizan 1 Watt de energa o menos, en tres bandas de frecuencia: 902 a 928 MHz, 2,400 a 2,483.5 MHz y 5,725 a 5,850 MHz. Estas bandas de frecuencia, llamadas bandas ISM, estaban anteriormente limitadas a instrumentos cientficos, mdicos e industriales. Esta banda, a diferencia de la ARDIS y MOBITEX, est abierta para cualquiera. Para minimizar la interferencia, las regulaciones de FCC estipulan que una tcnica de seal de transmisin llamada spread-spectrum modulation, la cual tiene potencia de transmisin mxima de 1 Watt, deber ser utilizada en la banda ISM. Esta tcnica ha sido utilizada en aplicaciones militares. La idea es tomar una seal de banda convencional y distribuir su energa en un dominio ms amplio de frecuencia. As, la densidad promedio de energa es menor en el espectro equivalente de la seal original. En aplicaciones militares el objetivo es reducir la densidad de energa abajo del nivel de ruido ambiental de tal manera que la seal no sea detectable. La idea en las redes es que la seal sea transmitida y recibida con un mnimo de interferencia. Existen dos tcnicas para distribuir la seal convencional en un espectro de propagacin equivalente: La secuencia directa: (DSSS) En este mtodo el flujo de bits de entrada se multiplica por una seal de frecuencia mayor, basada en una funcin de propagacin determinada. El flujo de datos original puede ser entonces recobrado en el extremo receptor correlacionndolo con la funcin de propagacin conocida. Este mtodo requiere un procesador de seal digital para correlacionar la seal de entrada. El salto de frecuencia: (FHSS) Este mtodo es una tcnica en la cual los dispositivos receptores y emisores se mueven sincrnicamente en un patrn determinado de una frecuencia a otra, brincando ambos al mismo tiempo y en la misma frecuencia predeterminada. Como en el mtodo

de secuencia directa, los datos deben ser reconstruidos en base del patrn de salto de frecuencia. Este mtodo es viable para las redes inalmbricas, pero la asignacin actual de las bandas ISM no es adecuada, debido a la competencia con otros dispositivos, como por ejemplo las bandas de 2.4 y 5.8 MHz que son utilizadas por hornos de Microondas. MOTORES PASO A PASO En los motores paso a paso se puede regular la velocidad y la direccin de giro como en los convencionales pero tienen la gran diferencia de que se pueden dejar en una posicin fija y se puede hacer un giro del nmero de grados o de vueltas que deseemos. El estator est hecho con varias bobinas y el rotor consta de un imn permanente con un nmero de polos que depende del ngulo de cada paso. El nmero de pasos por vuelta de estos motores suele ser de 200, 96, 48 o 24. El giro del motor se hace conectando secuencialmente las bobinas y atrayendo hacia ellas al rotor. Dependiendo de como se vayan activando esas bobinas podemos hacer girar el motor de tres modos diferentes:

Funcionamiento simple:

Las bobinas se activan una a una por separado, de esta forma se consigue un poco menos de fuerza pero el consumo es menor.

Funcionamiento doble:

Cada vez se activan dos bobinas, as el motor tiene ms fuerza ya que son dos bobinas las que arrastran y sujetan el rotor.

Medio paso:

Es una mezcla de las dos anteriores, primero se activa una bobina y luego dos, as el ngulo de los pasos se reduce a la mitad al igual que la velocidad. Existen 2 tipos de configuracin para los motores paso a paso: unipolares y bipolares. Los motores unipolares tienen una toma intermedia en cada bobina, esta v a Vcc o a masa segn sea el circuito de control, luego solo tenemos que alimentar la bobina correspondiente. Tienen 6 cables pero en algunos modelos los dos comunes estn unidos internamente y solo tienen 5.

Los motores bipolares no tienen toma intermedia en las bobinas y para controlarlos se necesita invertir la alimentacin de estas con un puente en "H" o un driver del tipo L293.

WEBS

http://www.bluetooth.com http://www.eveliux.com/articulos/bluetooth.html http://es.wikipedia.org/wiki/Bluetooth http://www.tiramillas.net/guiautil/bluetooth/alternativas.html www.fieldbus.org www.bosh.de/KB/can a CAN. www.Kvaser.se Fieldbus Organization. Pgina de la Bosh dedicada KingDom CAN apllications.

http://www.sct.gob.mx/efecto_y2k/h_occidental/satelites/tsld011.htm http://www-cfa.harvard.edu/space_geodesy/ATLAS/gps_es.html http://www1.50megs.com/geoma/tecno02.htm http://www.quest.com.mx/sissol.htm http://www.terra.es/personal/beth999/miweb/gps.htm http://www.isa.cie.uva.es/gps/GPSintro.html