Transcript Tema 3B - Sistemas de Comunicaciones Electrónicas y sus Areas

República Bolivariana de Venezuela
Universidad Nacional Experimental Politécnica
“Antonio José De Sucre”
Vicerrectorado Puerto Ordaz
Departamento de Ingeniería Electrónica
Protocolos y arquitectura
Parte II
LOGO
Modelo de comunicaciones
digitales
Sumario:
 Protocolos Xmodem
 Protocolos Ymodem
 CONTROL DE FLUJO Xon/Xoff
 Protocolo Ddcmp
 Protocolo Sdlc
 Protocolo Hdlc
 Protocolo Hart
 Redes De Campo
Protocolos xmodem
“Protocolo Christensen”
Comienza partiendo los datos originales en
una serie de paquetes que son enviados al
receptor, cada paquete contiene una
información adicional que le permite al
receptor determinar la correcta recepción
de los mismos.
Protocolos xmodem
Cada bloque de datos tiene un tamaño
de 128 bytes a los cuales hay que
sumarle los siguientes campos anteriores
a los datos:
• Un primer byte SOH
• Otro byte con la posición del
paquete
• Otro byte con la misma posición en
complemento a 1
Posteriores a los datos:
• Un byte de Checksum
Protocolos xmodem
 Las tramas del protocolo XMODEM tienen una
longitud de datos fija de 128 bytes. Los otros
campos que posee la trama son de 1 byte.
CABECERA
(SOH)
NÚMERO
C-1
DATOS DE
DE
SECUENCIA USUARIO
SECUENCIA
CONTROL
DE
ERRORES
Problemas.
Fue escrito para maquinas CP/M
Numerosos errores de diseño lo que puede
causar error de transferencia
Necesita de un usuario que solicite la
transferencia. Lo que provocó extensiones
como MODEM 7, TeLink, etc.
Protocolos ymodem
Deriva de X MODEM pero emplea paquetes
de 1024 bytes lo que lo hace mas eficaz si la
línea no es muy ruidosa, conservando el
nombre y la longitud.
Otra forma de control de flujo consiste en
enviar a través de la línea de comunicación
caracteres de control o información en las
tramas que indican al otro dispositivo el
estado del receptor.
Control de flujo xon/xoff
Se trata de un protocolo para el control del
flujo de datos entre dispositivos
informáticos (ordenadores, impresoras,
etc.) Los caracteres son enviados por la
línea serie secuencialmente y de modo
asíncrono, con o sin paridad.
Control de flujo xon/xoff
ENVIA
XON
PARA
XOFF
Protocolo ddcmp
 DDCMP realiza lo siguiente:
Obtiene datos en bytes de la capa de enlace físico.
Secuencia los datos por número de mensaje.
Envía hasta un número máximo de mensajes sin
esperar reconocimiento.
Opera independientemente del "ancho" del medio
(serial o paralelo) y de las características de
transmisión (síncrona o asíncrona).
Opera con una gran variedad de hardware de
comunicación y modems.
Protocolo ddcmp
 Detecta errores (CRC-16).
Retransmite para corregir errores.
Opera en modos half dúplex y full dúplex.
Soporta conexiones punto a punto y multipunto.
 Sincroniza transmisiones a nivel byte y mensaje.
Enmarca mensajes de datos.
Provee modo de mantenimiento.
Notifica al otro extremo del enlace cuándo
reinicializar al arrancar.
Mantiene conteo de errores.
Registra la ocurrencia de errores para reportarlos
automáticamente al usuario
Protocolo ddcmp
Características:
• Control por Conteo de Bytes
• Operación Asincrónica/Sincrónica,
Serie/Paralelo, HDX/FDX
• Modo de Respuesta Normal
• Transmisión Punto a Punto, Multipunto,
Líneas Dedicadas,Radio
• Velocidades desde 1200 bps hasta 56
kbps
• Interfaces: RS-232D, V.24/V.28, V.35,
V.36
Protocolo ddcmp
Este protocolo, cuyo formato se muestra a
continuación utiliza un Encabezado o “header” que
contiene los campos CLASE, CONTEO, BANDERA,
RESPUESTA, SECUENCIA, DIRECCION y BCC1.
Este Encabezado no es opcional, más bien es la
parte más importante de la trama, pues contiene
información acerca del número de octetos de
información así como las cantidades de octetos
transmitidos y recibidos, que son las dos
características más importantes del protocolo
DDCMP
Protocolo ddcmp
Protocolo sdlc
Desarrollado por la IBM en 1974 para
sistemas multipunto con una Estación
Principal y múltiples Estaciones
Secundarias.
Opera en el Modo de Respuesta Normal
(Normal Response Mode, NRM), en el cual
todas las estaciones Secundarias están
subordinadas a la Estación Principal
(Sistema Maestra-Esclava) y no efectúan
ninguna operación que no sea solicitada
por la Maestra.
Protocolo sdlc
Características:
• Control Dígito a Dígito (Bit-Oriented Protocol)
• Transmisión Serie, Sincrónica, HDX/FDX,
punto a punto y multipunto
• Velocidades: desde 1200 bps hasta 1 Mbps
• Interfaces: RS-232D, V.24/V.28, V.35, RS449, RS-422A
• Medios de Transmisión: par trenzado, cable
coaxial, radio
• Modo de Respuesta Normal
• Transparencia asegurada mediante inserción
de CEROS
Protocolo sdlc
Protocolo sdlc
El formato SDCL es, con algunas
diferencias, el mismo que el del protocolo
HDLC; de hecho, el protocolo HDLC es
una versión avanzada del protocolo SDLC
y normalizada por la ISO y el UIT-T.
Como el formato SDLC y HDLC tienen la
misma forma y aplicación.
El protocolo SDLC es uno de los
protocolos sincrónicos más antiguos
aunque no obsoleto, pues la IBM lo utiliza
todavía en muchos de sus sistemas.
Protocolo hdlc
HDLC (High-Level Data Link Control,
control de enlace síncrono de datos) es
un protocolo de comunicaciones de
propósito general punto a punto, que
opera a nivel de enlace de datos. Se basa
en ISO 3309 e ISO 4335. Surge como
una evolución del anterior SDLC.
Proporciona recuperación de errores en
caso de pérdida de paquetes de datos,
fallos de secuencia y otros, por lo que
ofrece una comunicación confiable entre
el transmisor y el receptor.
Protocolo hdlc
 Características
• Control por Dígitos
• Transmisión Sincrónica HDX/FDX
• Formatos de Carácter: ASCII, EBCDIC
• Modos de Operación: NRM, ARM y ABM (
Comunicación Par a Par)
• Velocidades de Transmisión: desde 300 bps
hasta 10 Mbps
• Interfaces: RS-232C, V.35, RS-423A, RS-422A,
RS-449
• Medios de Transmisión: par trenzado, radio,
cable coaxial, fibra óptica
• Transparencia mediante
Protocolo hdlc
Existen tres modos de funcionamiento
posibles para la interconexión de emisor y
receptor:
• Modo NRM
• Modo ARM
• Modo ABM
Modo de operación nrm
• Modo de respuesta normal:
• La comunicación siempre se realiza
entre una estación primaria y otra
secundaria
• La estación secundaria tiene que recibir
un permiso explícito de la primaria para
que pueda comenzar la transferencia de
datos
• Una vez transmitida la última trama, la
estación secundaria debe esperar a la
concesión de otro permiso para volver a
transmitir
Modo de operación arm
• Modo de respuesta asíncrona
• La estación primaria controla la
corrección de errores y la conexión y
desconexión del enlace
• Pero la estación secundaria puede
comenzar la transmisión de datos sin
recibir permiso explícito de la estación
primaria
• Modo poco utilizado actualmente
Modo de operación abm
• Modo asíncrono balanceado
• No hay estaciones primarias y
secundarias, todas son equivalentes
• Cualquier estación puede iniciar la
transmisión sin necesidad de permiso
• Es el más utilizado en redes de área
local
Protocolo hdlc
A continuación se muestra el formato y
algunos de los mensajes del Protocolo
HDLC. Vamos a describir las diferencias
en relación con el Protocolo SDLC.
Los mensajes definidos en el campo
CONTROL, Fig. 4.21(c) son un
subconjunto de los mensajes del
protocolo HDLC.
Protocolo hdlc
PROTOCOLO HART
 Características del protocolo HART:
• Fácil de usar
• Solución de comunicación única
• Comunicación tipo Maestro-Esclavo
 Los beneficios de la comunicación HART
• Mejora las operaciones en planta.
• Otorga mayor flexibilidad operacional.
• Protege la inversión hecha en la instrumentación
de la planta.
• Entrega una alternativa económica de
comunicación digital.
• Implica un ahorro considerable en materiales
eléctricos en las instalaciones Multipunto.
PROTOCOLO HART
PROTOCOLO HART
PROTOCOLO HART
PROTOCOLO HART
 Dentro del protocolo HART existen varios modos
para la comunicación de información desde/hacia
instrumentos de campo inteligentes y el controlador
central o equipos de monitorización. La
comunicación digital maestro/esclavo simultanea
con la señal analógica 4-20mA mostrada en la
Figura 5 es la más común. Este modo, permite que
el esclavo responda a los comandos-peticiones del
maestro 2 veces por segundo, mientras que la señal
analógica, que es continua, puede seguir portando
la variable de control.
PROTOCOLO HART
Otro modo de comunicación opcional es el
modo “Burst” mostrado en la Figura 6, que
permite que un único dispositivo esclavo
emita continuamente un mensaje HART de
respuesta estándar.
PROTOCOLO HART
 El protocolo HART también tiene la capacidad de
conectar múltiples dispositivos de campo sobre el
mismo par de hilos en una configuración de red
multipunto como la que se muestra en la Figura
7. En la configuración multipunto, la
comunicación está limitada a la comunicación
digital maestro/esclavo. La corriente a través de
cada dispositivo esclavo se fija al mínimo valor
para alimentar el dispositivo y no tiene ningún
significado relativo al proceso.
Red de campo
Permiten que los controladores se
comuniquen con dispositivos de entrada
y salida de una manera parecida a una
red local.
FUNCIÓN
Comunica información y potencia a
dispositivos de campo
TIPOS DE REDES DE CAMPO
Las redes de campo pueden ser clasificadas
en dos tipos:
• Redes de dispositivos de campo (de bajo
nivel), típicas de los procesos discretos.
• Redes de proceso (de alto nivel), típica en
procesos industriales.
VENTAJAS DE LAS REDES DE
CAMPO
• Transmiten y reciben información digital.
• Reducción de la cantidad de cableado.
• Permiten que mas de un dispositivo este
conectado al mismo cable.
• Alimentación de los dispositivos de
campo por medio del mismo bus.
Fielbus foundation
Fieldbus es una red digital, serial,
multipuerto y de dos vias, que conecta
equipos de campo con controladores. Esta
red proporciona características deseables
inherentes a los sistemas de 4-20 mA taless
como:
•
•
•
•
•
•
Interfase de conexión estandar.
Dispositivos alimentados desde el bus.
Opciones de seguridad intrínseca.
Reducción del cableado.
Compatibilidad entre dispositivos Fielbus.
Confiabilidad
Otras ventajas de fieldbus
Con un sistema Fieldbus:
• Acceso a toda la información de los
dispositivos.
• Identificación del instrumento,
ubicación.
• Status de la variable del proceso.
• Condiciones ambientales.
• Diagnósticos.
• Configuración.
• Características del instrumento.
• Información de calibración: fecha,
metodo,etc.
Vision total del sistema
Cableado
 Fieldbus utiliza un cable del tipo par apantallado,
permite utilizar cables existentes.
 El bus se llama segmento o “trunk”, y los
dispositivos se conectan al trunk mediante “spurs”,
esta topología es llamada “branch”.
 Si los spurs se conectan en un solo punto
concentrados entonces la topología se llama arbol o
“tree”.
Limites del largo del segmento
Tipo
Descripción
Tamaño
Máxima longitud
A
Par trenzado
individual
apantallado
Par trenzado
multiple con
blindaje
Par trenzado
multiple sin
blindaje
Dos pares de
cables sin blindaje
(No trenzados)
#18 AWG
(0.8 mm2)
1900 m
(6232 ft.)
#22 AWG
(0.32 mm2)
1200 m
(3936 ft.)
#26 AWG
(0.13 mm2)
400 m
(1312 ft.)
#16 AWG
(1.25 mm2)
200 m
(656 ft.)
B
C
D
Ejemplo del largo del cable
Se debe incluir la suma de todos los
cables y no debe de superar los limites
de la tabla anterior.
Ejemplo del largo del cable
El largo máximo de cada spur depende:
• Del número de instrumentos en el segmento.
• Del número de dispositivos en el spur.
Dispositivos por Spur
Total de
dispositivos
por segmento
1
2
3
1-12
120 m
90 m
60 m
13-14
90 m
60 m
30 m
15-18
60 m
30 m
1m
Ejemplo del largo del cable
Máx. 90 m
Máx. 120 m
Máx. 60 m
Fieldbus = tecnología abierta
Ejemplo de fieldbus
• DCS: 4-20 mA = 0 – 6000 mm H2O.
• FCS: Rango = 0 – 6000 mm H2O
NIVEL
INFORMACIÓN
INFORMACIÓN FCS
DCS
0 mm H2O
4 mA
0mmH2O
Good
3000 mm H2O
12 mA
3000mmH2O
Good
6000 mm H2O
20 mA
6000mmH2O
7500 mm H2O
*
*
9000 mm H2O
21 mA
*
*
21 mA
6500mmH2O
Good
UNCERTAIN
*
*
9000mmH2O
UNCERTAIN
profibus
 Profibus es una red digital de procesos alemana
capaz de comunicar información entre un
controlador maestro (anfitrión) y un dispositivo
esclavo (inteligente) de campo, asi como de un
anfitrión a otro. Trabaja de manera similar a
Fieldbus Foundation.

Profibus consiste en tres redes compatibles.
Estos son:
• Profibus – FSM.
• Profibus – DP.
• Profibus – PA.
Profibus - FSM
 Un sistema tipico de Profibus – FSM esta compuesto
por varios equipos de automatización inteligente:
 * PC.
 * PLC como sistema de control.
 * Terminales de operador inteligente.
Profibus – dp
 Un sistema Profibus – DP consiste en:
• PLC o PC como sistema de control
• Varios dispositivos E/S como:

*E/S digitales o analógicas.

*Accionamientos AC o DC.

*Válvulas magnéticas o neumáticas.
Profibus – pa

Profibus – PA es la versión para automatización de
procesos de la red profibus. Provee estaciones
alimentadas a partir del bus con seguridad intrínseca.
Mas que todo se utiliza para zonas de alto riesgo
explosivo.
Tabla resumen
Profibus
FSM
Profibus
DP
Profibus
PA
Aplicación
Nivel de célula
Nivel de campo
Nivel de campo
Estándar
EN 50 170
EN 50 170
IEC 1158-2
Dispositivos
conectables
PLC,PG/PC
PLC, PG-PC,
accionamientos
Dispositivos de
campo
Tiemp.
Respuesta
<60 ms
1-5 ms
<60 ms
Tamaño red
<=150 km
<=150 km
Máx 1.9 km
9.6 Kbs12 Mbs
9.6 Kbs12 Mbs
31.25 Kbs
Velocidad
Sistema completo
Profibus óptico
• Insensible a la influencia de interferencias
electromagnéticas.
• Adecuado para cubrir ampliadas
distancias.
• Suministrable en diferentes variantes
• -Fibra ótica de cristal.
• -Fibra óptica de plástico.
• -Existen cables preconfeccionados.
• Existe la posibilidad de realizar
configuraciones mixtas entre redes
ópticas y elétricas.
Final del tema 3…