Redes Industriales

Hctor Noguez Cruz Ing. Mecatrnica Controladores Lgicos Programables Instituto tecnolgico de Quertaro REDES INDISTRIALES

Historia de las Redes Locales. Antes de los setentas las tareas computacionales eran realizadas por ordenadores grandes en

posiciones centralizadas. El empleo extendido de ordenadores personales incit la necesidad de un

mtodo de comunicacin que pudiera unir estos equipos. Esto condujo a la creacin de redes locales

(LANes). Estas redes facilitaron la descentralizacin de tareas computacionales por permitir a

ordenadores conectados por red intercambiar la informacin entre ellos, sin necesidad de pasar a

travs de una posicin central.

Las redes locales pronto marcaron su camino en el rea industrial, donde el control antes haba sido

ejercido a travs de un PLC central o sistema de control principal. Las LAN permitieron a muchos PLCS

ser colocados en posiciones diferentes, cada uno teniendo su propia inteligencia para implementar

control. Ellas tambin permitieron a los PLCS comunicar informacin del sistema con otros PLCS

permitiendo otras tareas de control en todas partes de la planta. Esta onda de tecnologa industrial

permiti la evolucin de redes, incluyendo un tipo especial de red - la red de BUS de entrada - salida -

que permite a dispositivos de campo inteligentes comunicar la informacin a los PLCS sin la interface

estndar de entrada/salida para el PLC.

Principios de las Redes Locales. DEFINICIN

Una red local es un sistema de comunicacin a media distancia de alta velocidad. Para la mayor parte

de LANes, la distancia mxima entre dos nodos en la red es al menos 1.61 Km, y las gamas de velocidad

de transmisin de 1 a 20 megabaudios. Tambin, la mayora de las redes locales soportan por lo menos

100 estaciones, o nodos. Un tipo especial de red local, la red industrial, es la que cumple los criterios

siguientes:

Capaz de soportar control en tiempo real.

Alta integridad de datos (deteccin de errores).

Alta inmunidad a ruidos.

Alta fiabilidad en entornos speros.

Conveniente para instalaciones grandes.

Otros dos tipos comunes de redes locales son las redes de sistema de negocio (p.ej., Ethernet) y redes

de BUS-paralelo (p.ej., Cluster/One). Las redes de negocio no requieren tanta inmunidad contra ruidos

como las redes industriales, ya que estas son usadas en entornos de oficina. Tambin tienen exigencias

de tiempo de acceso menos rigurosas. El usuario de un puesto de trabajo de negocio puede esperar

unos segundos la informacin sin el problema, pero una mquina siendo controlada por un PLC puede

requerir la informacin dentro de milisegundos para funcionar correctamente. Las Redes de BUS-

paralelos tienen exigencias similares a redes de negocio y son queridas para microordenadores y

miniordenadores usados en entornos de oficina sobre distancias cortas.

Los tipos diferentes de redes tienen diferentes distancias aceptables entre dispositivos conectados. La

figura 1-1 ilustra las distancias a las cuales los tipos diferentes de redes y buses pueden ser usados.

Note que la comunicacin a larga distancia todava confa en redes pblicas, tales como sistemas

telefnicos, que tienen capacidades de largo alcance que canalizan datos. Sin embargo, los desarrollos

en la transmisin de informacin en televisin por cable permiten el intercambio de datos de

informacin va cables de TV a distancias de hasta 322 Km. La figura 1-2 ilustra una red de televisin

Hctor Noguez Cruz Ing. Mecatrnica Controladores Lgicos Programables Instituto tecnolgico de Quertaro REDES INDISTRIALES por cable, desarrollada por LANCITY (la Divisin de Mdem de Cable de Redes de Baha), que permite

a la conexin entre plantas de la fabricacin y otras posiciones.

Imagen 1 GAMA DE DISTANCIAS DE REDE

Fuente:

Programmable Controllers, theory and Implementation Segunda Edicin, L.A. Bryan pp.84

Imagen 2 RED DE TELEVISIN POR CABLE


Fuente: Programmable Controllers, theory and Implementation Segunda Edicin, L.A. Bryan

Ventajas de las Redes Locales

Antes de que las redes locales entraran en uso, otros dos mtodos fueron empleados para

implementar la comunicacin entre PLCS. El primer mtodo us un par de cables para unir la tarjeta

de salida de un PLC a la tarjeta de entrada de un segundo PLC. Este mtodo, que transmiti slo un bit

de informacin por par de cables, era caro de instalar y muy incmodo para usar. En el segundo

mtodo, los PLCs eran comunicados a travs sus puertos de programacin va una computadora

central. Las desventajas de este mtodo eran que esto limit la tasa de rendimiento para la velocidad

de transmisin del puerto de programacin del PLC y que la red se volva inutilizable si la computadora

central fallaba debido a la topologa de estrella del sistema.

La red local ofrece ventajas distintas sobre sus precursores porque esto enormemente reduce el coste

de alambrado para instalaciones grandes. Esto tambin usa una comunicacin dedicada vinculada de

manera eficiente a las cantidades grandes de intercambio de datos utilizables entre PLCS y otros

anfitriones. Adems, porque cada PLC en la red puede comunicarse por separado con los dems (sin

el empleo de un ordenador central), un LAN no tiene la desventaja de depender nicamente un

ordenador.

Aplicaciones de LAN en el PLC.

La adquisicin de datos centralizada y el control distribuido son los usos ms comunes de redes locales.

La coleccin de datos y el tratamiento, cuando es realizado por un regulador individual, pueden cargar

el tiempo de escaneo del procesador, consumir grandes cantidades de memoria, y complicar el control

lgico programable. Una configuracin de carretera de datos, en la cual todos los datos son pasados a

un ordenador principal que realiza todo el procesamiento de datos, elimina estos problemas.

Tambin, las aplicaciones de control distribuido asignan funciones de control, una vez realizadas por

un solo controlador, entre varios controladores. Esto elimina la dependencia a un solo controlador y

mejora el funcionamiento y la fiabilidad. Para usar el enfoque de procesamiento distribuido, una red

local y los PLCs que se le atribuyen deben proporcionar las siguientes funciones:

Comunicacin entre PLCs.

Capacidad de enviar datos haca el host desde cualquier PLC

Capacidad de enviar datos desde el host haca cualquier PLC

Leer/escribir en los puertos de salida/entrada (respectivamente) valores o registros de

cualquier PLC.

Monitoreo del estado de cualquier PLC.

Monitoreo de la operacin de control de cualquier PLC.


Topologa de las redes. Las topologas de red describen la distribucin fsica de la red. En otras palabras, es la geometra de la

red o cmo cada uno de los nodos individuales est conectado a la misma.

Con el uso de las distintas geometras que se emplean se pretende reducir los costos de instalacin y

mantenimiento, maximizar la eficiencia del trfico de informacin y reducir los tiempos de respuesta.

Las siguientes son algunos tipos de topologa aplicadas:

Estrella

Una red estrella es aquella en la cual las estaciones estn conectadas directamente a un punto

central y todas las comunicaciones se han de hacer necesariamente a travs de ste.

Una caracterstica particular de este tipo de red es que se tiene una relativa facilidad para agregar

o quitar estaciones de la misma.

Una ventaja es que cada nodo o estacin puede transmitir informacin cuando sea necesario.

La configuracin del tipo estrella tiene las siguientes desventajas:

No permite la distribucin de procesamiento debido a que depende de un nodo central.

Los costos de cableado para distancias largas son altos.

Toda la informacin que se enve entre dos nodos o estaciones debe pasar primero por

el nodo central, lo que implica una velocidad de comunicacin.

La falla del nodo central implica la cada de la red.

Imagen 2 Esquema que representa una red de tipo estrella.


BUS comn


Es aquella que se caracteriza por tener un nico canal de comunicacin, denominado BUS, al cual se

conectan diferentes dispositivos. Adems, todos los dispositivos que estn conectados al BUS tienen

acceso a la informacin transmitida a travs de este.

Imagen 3 Esquema que representa una red de BUS comn


El cable coaxial con las terminales correspondientes es el medio ms comn para este tipo de red. A

diferencia de la configuracin en estrella, dos nodos conectados a una red de BUS comn pueden

comunicarse sin necesidad de pasar informacin a travs de una central.

La desventaja ms evidente de este tipo de red es la determinacin del tiempo adecuado en el cual un

nodo puede o debe transmitir informacin con el fin de evitar la colisin de datos. Para resolver dicho

problema se han desarrollado distintos mtodos de acceso a la comunicacin. La configuracin de BUS

comn es muy til en aplicaciones de control distribuido desde que cada estacin tiene la misma

capacidad independiente de control y puede intercambiar informacin en cualquier momento.

La principal desventaja es que si la red llega a sufrir algn tipo de percance, alguno de los nodos o

estaciones puede sufrir algn dao.

Por ltimo, otro tipo de configuracin de la red de BUS comn es la de maestro/esclavo, que consiste

de varios controladores esclavos y uno maestro controlador de la red. En esta configuracin, el

maestro enva datos a los esclavos; si el maestro necesita informacin del esclavo, el maestro indica al

esclavo que debe enviar los datos y espera hasta que el esclavo los enva. La implementacin de este

tipo de configuracin requiere dos pares de cables. Por uno el maestro transmite datos y los esclavos

los reciben. Por el otro par de cables, los esclavos transmiten datos y el maestro los recibe.

Tcnicas de transmisin de datos.

CODIFICACIN MANCHESTER

Est tcnica cambia la polaridad de la seal a positivo por cada 1 lgico y cambia a negativa por cada

0 lgico. Est es una codificacin autosincronizada ya que en cada bit se puede obtener la seal de

reloj, lo que permite una sincronizacin precisa del flujo de datos.

El cdigo Manchester tiene una transicin en la mitad del periodo de cada bit. Cuando se tienen bits

iguales y consecutivos se produce una transicin al inicio del segundo bit, la cual no es tenida en cuenta

Hctor Noguez Cruz Ing. Mecatrnica Controladores Lgicos Programables Instituto tecnolgico de Quertaro REDES INDISTRIALES por el receptor al momento de decodificar, slo las transiciones separadas uniformemente en el

tiempo son tomadas en cuenta por el receptor.

Imagen 4 Cdigo Manchester


TRANSMISIN POR DESPLAZAMIENTO DE FRECUENCIA (FSK).

Utiliza dos frecuencias para transmitir valores lgicos (1 y 0). Es una modulacin de frecuencia dnde

la seal moduladora (datos) es digital. Los dos valores binarios se representan con dos frecuencias

diferentes (1 y 2) prximas a la frecuencia de la seal portadora .

Generalmente 1 y 2 corresponden a desplazamientos de igual magnitud pero en sentidos opuestos

de la frecuencia de seal portadora. En la Imagen 5 se muestran sus expresiones matemticas

correspondientes.

Imagen 5 Seales de voltaje dependiendo del valor transmitido

En la Imagen 6 se puede observar que si se transmite un 0, la frecuencia de la seal de voltaje es

menor, mientras que si se transmite un 1, la frecuencia es mayor.

Imagen 6 Tcnica de desplazamiento de frecuencia.


Mtodos para acceder a una red. Un mtodo de acceso es la forma con la que un PLC accede a la red para transmitir informacin. Dicho

de otra forma, define el mtodo que el nodo o estacin usar para comunicarse a travs de la red.

Cmo se dijo antes, el BUS comn requiere que cada uno de los nodos tome un turno para transmitir.

Este proceso requiere que cada uno de los nodos sea capaz de suspender su transmisin sin interferir

con la red y su operacin.

Lo anterior dicho se puede conseguir de alguna de las siguientes formas:

Con un modem que pueda suspender su transmisin.

Con un transmisor que pueda ser configurado para un estado de alta independencia.

Con un transmisor de bulce pasivo conectado en serie con otros transmisores que los corte

cuando estn inactivos.

Los mtodos ms comunes se describen a continuacin:

Polling o sondeo

El mtodo comnmente ms utilizado en el protocolo Maestro/esclavo. En este mtodo, el Maestro

pregunta, o sondea, a cada estacin (Esclavo) en una secuencia determinada para verificar si est tiene

datos para transmitir. El Maestro enva un mensaje a un Esclavo en particular y espera un tiempo a

que ste le responda.

El Esclavo responder con los datos que tiene para transmitir o con un mensaje que indique que no

hay datos para transmitir. Por otra parte, si el Esclavo demora ms tiempo en responder de lo

permitido, el Maestro asume que el Esclavo o nodo, est fuera de condiciones para trabajar y contina

el sondeo con otros esclavos.

Deteccin de colisiones

En este mtodo, cada nodo con un mensaje o datos para transmitir, espera hasta que no exista flujo

de datos en la red para posteriormente transmitir. Mientras el nodo o estacin est transmitiendo

datos, su circuito detector de colisiones verifica la presencia de otro transmisor. Si el circuito detecta

Hctor Noguez Cruz Ing. Mecatrnica Controladores Lgicos Programables Instituto tecnolgico de Quertaro REDES INDISTRIALES que dos nodos o estaciones estn transmitiendo datos al mismo tiempo, el nodo deshabilita su

transmisor y espera un tiempo predeterminado para intentar transmitir su informacin de nuevo.

Cada verificacin de transmisin simultnea y cada reintento de transmisin, hace uso de tiempo que

no puede ser utilizado para transmitir datos. Para aplicaciones industriales, la deteccin de colisiones

puede ser usada para recoleccin de datos para la posterior programacin de mantenimiento en

sistemas grandes y en controles de distribucin en tiempo real con un nmero pequeo de estaciones.

Token Passing

En este mtodo se elimina la situacin en la cual varios PLCs disputan el acceso a la red. Aqu, cada PLC

enva una seal, la cual es un mensaje que concede a dicha estacin el poder de controlar la red de

forma temporal. La estacin que enva la seal tiene el derecho de transmitir en la red, sin embargo,

dicha estacin debe ceder el poder de la red a la siguiente estacin despus de transmitir sus datos.

Este mtodo es preferido en las aplicaciones de control distribuido que tienen varios nodos o tiempos

de respuesta rigurosos.

En una red de BUS comn configurada para usar Token Passing, cada estacin es identificada con

una direccin. Durante el proceso, la seal pasa de una estacin a otra de forma secuencial. El nodo o

estacin que transmite la seal tambin sabe la direccin de la siguiente estacin. Dentro de la red,

los datos transmitidos circulan en uno o ms paquetes de informacin, los cuales, contienen el emisor,

el receptor y datos de control.

Cableado para comunicacin. Los cables ms usados para la comunicacin de los PLCs incluyen los cables de par trenzado, cable

coaxial y la fibra ptica.

Cable de par trenzado

Un cable de par trenzado est formado por pares trenzados, normalmente cuatro, recubiertos por un

material aislante, cada uno. Cada uno de estos pares se identifica con un color.

Imagen 7 Cable par trenzado.

Fuente: http://modul.galeon.com/aficiones1366306.html


Este tipo de cable es utilizado ampliamente en la industria para distancias que estn alrededor de los

1200 metros y con una velocidad de transmisin de 250 kilobaudios. Por otro lado, tiene un costo

relativamente bajo y alta inmunidad al ruido elctrico. Sin embargo, el desempeo disminuye

proporcionalmente a la cantidad de nodos o estaciones que se agreguen al BUS del cable en cuestin.

Fibra ptica

La fibra ptica es una delgada hebra de silicio fundido que conduce luz. Se requiere de dos

filamentos para una comunicacin bi-direccional. El grosor del filamento es de

aproximadamente 0.1 mm. En cada filamento de fibra ptica se aprecian tres componentes:

La fuente de luz: LED o laser. El medio transmisor: fibra ptica. El detector de luz: Fotodiodo.

Las fibras pticas se utilizan en redes de rea local, as como en la transmisin de datos largo

alcance. Convencionalmente, el lso de luz indica un bit 1 y la ausencia de luz indica un bit 0.

El detector genera un pulso elctrico cuando la luz incide en l. En la ilustracin 9 se muestra

un esquema genera del funcionamiento de este cable para transmisin de datos.

Imagen 7 esquema de un cable de fibra ptica.

Fuente: http://www.alebentelecom.es/servicios-informaticos/faqs/fibra-optica-que-es-y-como-

funciona

Cable coaxial

Este tipo de cable est compuesto de un hilo conductor central de cobre, rodeado por una malla de

hilos de cobre. El espacio entre el hilo y la malla es ocupado por un conducto de plstico y mantiene

las propiedades elctricas. Adems, todo el cable est cubierto por un aislante protector para reducir

el ruido elctrico.

Existen dos tipos de cable coaxial, el coaxial grueso y el coaxial fino. A continuacin se describe cada

uno de ellos.

Hctor Noguez Cruz Ing. Mecatrnica Controladores Lgicos Programables Instituto tecnolgico de Quertaro REDES INDISTRIALES Grueso: Su capacidad en trminos de velocidad y distancia es grande, pero el coste del cableado es

alto y su grosor no permite su utilizacin en canalizaciones con demasiados cables. Dicho cable maneja

velocidades de hasta 150 megabaudios.

Delgado: Este cable empez a utilizarse para reducir el costo del cableado de las redes. Su limitacin

est en la distancia mxima que puede alcanzar el tramo de red sin regeneraciones de la seal. Sin

embargo, el cable es mucho ms barato y fino que el grueso. Adems, puede transmitir datos con una

velocidad de 2 megabaudios y distancias alrededor de los 5.5 Km.

Imagen 8 cable coaxial grueso y fino

Fuente: http://stephanielpsr.blogspot.mx/2010/09/medios-de-transmision-guiados-redes.html

Protocolos de red. Un protocolo es un conjunto de reglas que dos o ms dispositivos deben cumplir para poder

comunicarse. El protocolo incluye todo lo relacionado con el significado de los datos relativo al nivel

de voltaje y las conexiones y cableado. Un protocolo de red define como una red manejar los

siguientes problemas y tareas:

Errores en las lneas de comunicacin

Control del flujo de datos

Acceso por mltiples dispositivos

Deteccin de fallas

Decodificacin de datos

Interpretacin de mensajes

Modelos OSI (ISO IS 7498)

Este modelo divide las funciones que un protocolo debe seguir en siete capas ordenadas

jerrquicamente. Cada capa interacta solamente con las capas adyacentes y no toma en cuenta la

existencia de las dems.

Hctor Noguez Cruz Ing. Mecatrnica Controladores Lgicos Programables Instituto tecnolgico de Quertaro REDES INDISTRIALES Etapas jerrquicas del modelo OSI

1. Define las especificaciones elctricas, mecnicas, de procedimiento y funcionales para activar,

mantener y desactivar el enlace fsico entre sistemas finales.

2. Proporciona el trnsito de datos confiable a travs de un enlace fsico. Al hacerlo, la capa de

enlace de datos se ocupa del direccionamiento fsico, la topologa de red, la notificacin de

errores, entrega ordenada de datos y el control de flujo.

3. Proporciona la conectividad y seleccin de ruta entre dos sistemas de host que pueden estar

ubicados en redes geogrficamente distintas.

4. Segmenta los datos originales en el host emisor y los reensambla en una corriente de datos

dentro del sistema del host receptor.

5. Establece, administra y finaliza las sesiones entre los dos hosts que se estn comunicando.

6. Garantiza que la informacin que enva la capa de aplicacin de un sistema pueda ser leda por

la capa de aplicacin de otro. De ser necesario, la capa de presentacin traduce entre varios

formatos de datos utilizando un formato comn.

7. Es la capa del modelo OSI ms cercana al usuario; suministra servicios de red a las aplicaciones

del usuario.

Estndar IEEE

Fue desarrollado simultneamente en cooperacin al modelo OSI ya que comparten caractersticas e

interactan efectivamente. Define aspectos relacionados al cableado fsico y transmisin de datos

correspondientes a las capas fsicas y enlace de datos. Est dividido segn las funciones necesarias

para el funcionamiento ptimo de una red de rea local.

Las especificaciones 802 definen la forma en que las tarjetas de red acceden y transfieren datos sobre

el medio fsico. Estas incluyen conexin, mantenimiento y desconexin de dispositivos de red. A

continuacin se describen sus etapas.

802.1. Define la relacin entre los estndares 802 y el modelo OSI. Este comit defini las direcciones

para estaciones LAN de 48 bits para todos los estndares 802.

802.2. Define el control de enlace lgico que es la parte superior de la capa de enlaces en las redes

de rea local. Asegura que los datos sean transmitidos de forma confiable por medio del enlace

de comunicacin.

802.3. Es una especificacin estndar sobre la que se monta Ethernet, u mtodo de establecimiento

de comunicaciones fsicas a travs de una red de rea local. Este estndar define la conexin de redes

sobre el cable coaxial, cable de par entrelazado y fibra ptica.

802.4. Define esquemas de red de anchos de banda grandes, usados en la industria de manufactura.

La red implementa el mtodo Token Passing para una transmisin BUS.

802.5. Define protocolos de acceso, cableado e interface para la LAN. Este estndar define una red con

topologa de anillo la cual usa Token para transmitir informacin a otra.

Protocolo TCP/IP


La mayora de los fabricantes que ofrecen compatibilidad Ethernet para supervisin sobre maquinara

usan TCP/IP de las capas 3 y 4 del modelo OSI. En el protocolo TCP/IP, el TCP garantiza el control de las

conexiones end-to-end. Adems, habilita varios servicios al usuario, como establecer la conexin y la

desconexin a una red, proteccin contra la perdida de secuencia, control del tiempo de conexin y

un multiplexeo y transporte transparente de los datos. El protocolo IP ejecuta funciones de

direccionamiento, distribucin de paquetes de datos y asignacin de ruta a los datos en sistemas

multiredes.

Algunos fabricantes de PLCs ofrecen controladores con TCP/IP sobre el protocolo Ethernet dentro del

procesador del PLC. Esto permite que el PLC se conecte directamente a una red de supervisin

Ethernet. Adems el PLC puede tener el control de otros PLCs a travs de la red.

Redes en BUS de I/O. Las redes en bus de I/O (I/O, In and Out, entrada y salida) permiten al PLC comunicarse con dispositivos

de I/O de manera similar que una red local. Esta configuracin descentraliza el control del sistema del

PLC, permitiendo sistemas de control ms largos y rpidos. Hay que recordar que un bus es un conjunto

de lneas que transmiten datos y/o energa.

La funcin bsica de una red de I/O bus es comunicar informacin, as como el de suministrar energa,

a los dispositivos de campo conectados al bus. En este tipo de red el PLC conduce directamente a los

dispositivos de campo sin utilizar mdulos I/O. Para poder utilizar este tipo de red, el PLC utiliza un

escner de red I/O bus.

Tipos de redes en BUS I/O. Las redes en bus de I/O pueden ser clasificadas en dos categoras, una en donde trabaja con

dispositivos de bajo nivel que son de operaciones discretas de produccin, y otra, que opera con

dispositivos de alto nivel.

Redes en bus de dispositivo

Redes en bus de proceso

Redes en bus de dispositivo

Este tipo de red interacta con dispositivos de bajo nivel de informacin, encendido o apagado. La

funcin de este tipo de redes es la de transmitir datos acerca del estado de dispositivos o el estado de

operaciones, por lo que la informacin se transmite en pocos bits.

Aunque para esta red es comn el uso solamente de dispositivos discretos, tambin se llegan a utilizar

dispositivos analgicos como termocoples o controladores de velocidad variable, por lo que las redes

en bus de dispositivo se pueden clasificar en dos tipos, uno en Dato Byte-Wide que puede incluir

dispositivos analgicos por lo que puede transferir de 1 a 50 byte en un mismo tiempo, y el otro en

Dato Bit-Wide, slo puede transferir 8 bits en un tiempo a dispositivos discretos en una distancia

relativamente cerca.

Para Dato Byte-Wide, uno de los estndares de facto es DeviceNet, originalmente de Allen-Bradley y

ahora de Open DeviceNet Vendor Association. Otro es Smart Distributed System (SDS) de Honeywell.

Ambos protocolos estndar se basan en un bus CAN (Controller Area Network).


Imagen 9 Protocolos para redes en BUS de dispositivo


Redes en bus de dato Byte-Wide

Para esta red existen principalmente dos tipos de red que estn basadas en la red InterBus-S y la red

CANbus.

La InterBus-S es una red en bus de dispositivo de sensor/actuador que conecta dispositivos analgicos

y discretos a un PLC o a un softPLC por medio de una red en configuracin de anillo.

Esta red puede interactuar con 256 nodos de componentes, soportar 4096 dispositivos de campo I/O

a una velocidad de 500 kbaud con CRC (Cyclic Redundancy Check) para detectar errores.

El PLC se comunica con el bus con el mtodo maestro- esclavo mediante un controlador o mdulo

host. El host tiene una conexin RS-232C que permite conectar un laptop que permite diagnosticar el

funcionamiento de la red.

Las direcciones de los dispositivos I/O son automticamente determinadas por su localizacin fsica.

El controlador host escanea continuamente todos los dispositivos I/O, leyendo todas las entradas en

un escaneo y despus escribe los datos de salida en estructuras que permiten la actualizacin

simultanea de todos los dispositivos.

Hoy en da se encuentra la estructura maestro-esclavo con un chip de protocolo esclavo SUPI4.

Red en bus de dipositivo de dato Byte-Wide CANbus

La red CANbus es un protocolo abierto que se basa en el uso de la tecnologa de un chip electrnico

CAN, que permite utilizar mensajes de longitud variable (mximo 8 bytes) que tiene una manejo

avanzado de errores.

Esta red utiliza 4 cables protegido, 2 para energa y 2 para transmisin de seales, y otro quinto de

proteccin.

Como se mencion en la clasificacin de redes, existen dos protocolos basados en la red CANbus,

DeviceNet y SDS.

La red Byte-Wide DeviceNet puede soportar 64 nodos con un mximo de 2048 dispositivos I/O de

campo mientras que la red SDS puede soportar hasta 126 nodos con un multipuerto I/O.


Redes en bus de dato Bit-Wide

Esta red se utiliza para aplicaciones discretas (encendido-apagado), por lo que slo puede transmitir 4

bits (1 nibble) al mismo tiempo pero esto no es problema ya que los dispositivos discretos slo

requieren de un bit para operar por lo que su forma de transmisin es ptima con un costo econmico.

Las redes ms comunes de este tipo son ASI, InterBus Loop y Seriplex.

Red en bus de dipositivo Bit-Wide ASI

Esta red discreta se utiliza cuando la aplicacin no requiere ms de 124 dispositivos I/O de campo

conectado con 31 nodos en las configuraciones de rbol, estrella o anillo. El PLC se conecta al bus con

una interfaz de un controlador host. Este protocolo se basa en el protocolo del chip ASI.

La red requiere 24 VDC de energa conectados a 2 cables sin trenzar o protegidos. El tiempo de ciclo

es menor a 5ms con una tasa de transferencia de 167K bits/s. Con un mximo de longitud de cable de

100m.

Imagen 10 Diagrama de conexin de una red ASI


Red en bus de dispositivo Bit-Wide InterBus Loop

La InterBusLoop es una red que utiliza un PLC, sensores y actuadores. Se basa una tecnologa llamada

PowerCom que enva la seal del protocolo a travs de los cables que proveen energa, disminuyendo

el nmero de cables a 2.

Hctor Noguez Cruz Ing. Mecatrnica Controladores Lgicos Programables Instituto tecnolgico de Quertaro REDES INDISTRIALES La red InterBus Loop y la red InterBus se pueden comunicar entre sus dispositivos ya que utilizan el

mismo protocolo.

Imagen 11 Redes interBus Loop e InterBus-S


Red en bus de dipositivo Bit-Wide Seriplex

La Seriplex puede conectar hasta 510 dispositivos de campo al PLC en una configuracin maestro-

esclavo o P2P (Peer to Peer, entre dos pares). Se basa en un chip ASIC que debe estar presente en

todos los dispositivos que se conectan a la red, si el chip no se encuentra se puede utilizar un mdulo

Seriplex I/O que contiene uno de estos chips. La interfaz utiliza 32 funciones lgicas Booleanas

integradas usadas para crear lgica que provee comunicacin, direccionamiento e inteligencia para el

control de los dispositivos.

La red puede tener distancias hasta 1524 m. con configuraciones de estrella, ciclo, rbol o multidrop.

Adems puede ser utilizada sin un controlador.

Imagen 12 Red en BUS Seriplux con controlador



Redes en bus de proceso

Esta red se conecta a dispositivos de alto nivel ya que stos tambin son capaces de procesar

informacin por lo que esta red es utilizada en procesos de control.

Se pueden enviar algunos cientos de bits en esta configuracin, por lo que es utilizada en aplicaciones

que requieran cierto nivel de inteligencia para mandar varios datos flotantes o informacin interna de

los procesos.

Para la red en bus de proceso, existen dos organizaciones principales trabajando en protocolos

estndar, la Fieldbus Foundation y la Profibus Trade Organization. Tambin hay otras organizaciones

como Instrument Society of America (ISA) y la European International Electronics Committee (IEC).

Imagen 13 Redesen Bus de Proceso

Ventajas de una red en bus de I/O

A pesar de que en las redes en bus de proceso y de dispositivo utilizan dispositivos discretos y/o

analgicos, la forma de transmitir la informacin es digital. Al comunicarse de forma digital se enva

una cadena con 0s y 1s, por lo que este tipo de seal digital es menos susceptible a la interferencia

electromagntica (EMI) y frecuencias de radio producidas por los dispositivos analgicos.

Otra ventaja es la eliminacin del proceso de conversin A/D y D/A ya que los dispositivos mandan los

datos de manera digital por lo que adems se elimina el error producido por la conversin.

Hctor Noguez Cruz Ing. Mecatrnica Controladores Lgicos Programables Instituto tecnolgico de Quertaro REDES INDISTRIALES Tambin, por su forma inteligente de comunicacin, puede pasar datos proporcionales a los valores

reales, y esto elimina el proceso de linealizacin de datos, que es la interpretacin de voltajes y

corrientes.

Y por ltimo, las redes en bus son de menor costo, ya que utilizan menor cable que otro tipo de

conexiones.

Instalacin y cableado de conexiones para un bus I/O

Los aspectos ms importantes para la instalacin de una red en bus de I/O es utilizar el tipo de cable

correcto, nmero de conductores y tipo de conectores para la red a usar. Todo sto vara dependiendo

del protocolo que se est utilizando.

Las instalaciones se pueden realizar en una configuracin abierta o cerrada, normalmente la

configuracin cerrada es utilizada slo cuando es necesario proteger la instalacin del ambiente de

trabajo.

Cableado de la lnea gua para red en bus de dispositivo

En la siguiente ilustracin se puede ver el tpico diagrama de conexin para una red CANbus DeviceNet,

como se puede notar 5 cables proporcionan seal, energa y proteccin.

La mayora de redes en bus de dispositivo necesitan una resistencia de terminacin para una operacin

y transmisin de datos apropiados. Adems cada red tiene sus propias especificaciones como la

velocidad de transmisin, la longitud del bus principal, la longitud mxima de una derivacin, la

longitud mxima de derivaciones acumuladas y en nmero mximo de nodos, en la siguientes tablas

se muestran las especificaciones para diferentes protocolos.


Tabla 1. Especificaciones para DeviceNet.

Tabla 2. Especificaciones para redes en bus SDS CAN.

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