SEMANA 01 Comunicaciones Industriales

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Ing. JORGE LUIS URBANO ALVA I.E.S.T.P. “ESCUELA SUPERIOR PRIVADA DE TECNOLOGÍA SENATI” COMUNICACIONES INDUSTRIALES

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COMUNICACIONES INDUSTRIALES

Ing. JORGE LUIS URBANO ALVA

I.E.S.T.P. ESCUELA SUPERIOR PRIVADA DE TECNOLOGA SENATI COMUNICACIONES INDUSTRIALES

- Comunicaciones

2ComunicacionesComunicacin:procesodetransmisin y recepcin de ideas, informacin y mensajes

Transmisin: envo de seales desde un lugar a otro a travs de un medio apto de desplazamiento.3Elementos Bsicos de las ComunicacionesSistema de Codificacin de MensajesProtocolo de ComunicacinEmisorReceptorCanal4Elementos Bsicos de las ComunicacionesSistema de Codificacin de MensajesProtocolo de ComunicacinEmisorReceptorCanalCodificaDecodificaModulaDemodula5Elementos Bsicos de las ComunicacionesSistema que:codifica un mensaje mediante un sistema de codificacin predefinidomodula (transforma) el mensaje en una seal apta para ser transmitidatransmite el mensaje a un canal en forma de sealesEMISOR6Elementos Bsicos de las ComunicacionesCANALVa de comunicacin que contempla los aspectos:

Fsico: dedicado a la generacin, transmisin y deteccin de seales codificadas con informacin, buscando:Calidad: aptitud de reconocer seales sin errorVelocidad

Lgico (o de informacin): dedicado a la forma de codificar informacin en las sealesLos canales se encuentran expuestos a la entropa.Entropa: Trmino tomado prestado de la termodinmica para designar intuitivamente el grado de desorden en un sistema de comunicaciones (ruido, interferencia)7Elementos Bsicos de las ComunicacionesSistema quedetecta seales en el canaldemodula (transforma la seal recibida en mensaje)decodifica RECEPTOR8Elementos Bsicos de las ComunicacionesCompuesto porconjunto de smbolosconjunto de reglas sintcticasconjunto de reglas semnticas para generar mensajes. En sistemas de telecomunicaciones este tema es tratado por la Teora Matemtica de la Informacin.SISTEMA DE CODIFICACIN DE MENSAJES9Elementos Bsicos de las ComunicacionesSon conjuntos de normas para el intercambio de informacin, consensuadas por las partes comunicantes. En trminos informticos, una normativa necesaria de actuacin para que los datos enviados se reciban de forma adecuada.Hay protocolos de muy diversos tipos, que se ocupan por ej. de: asegurar que el orden de los paquetes recibidos concuerde con el de emisin. a garantizar que los datos enviados por una computadora se visualicen correctamente en el equipo receptor.PROTOCOLO DE COMUNICACIN10Proceso de Comunicacinestablecer un canalestablecer comunicacin transmitir sealesverificar que haya sido recibidofinalizar la transmisincortar el canal11Organismos de StandarizacinEIA/TIA: Asociacin de Industrias Electrnicas y Asociacin de la Industria de Telecomunicaciones.

IEEE: Instituto de Ingenieros Electricistas y Electrnicos.

FCC: Comisin Federal de Comunicaciones.

ITU: Unin Internacional de Telecomunicaciones. 12- Sistemas de Telecomunicaciones 13Sistemas de TelecomunicacionesSistema artificial de comunicacin a distancia que permite transmitir palabras, sonidos, imgenes o datos en forma de impulsos o seales elctricas o electromagnticas.CONCEPTO14Sistemas de Telecomunicaciones1834: se inicia la comunicacin electrnica con el invento del telgrafo y el cdigo de Samuel Morse.1874: Emil Baudot idea un cdigo de longitud constante que se puede sincronizar.1877: se instala la primera lnea telefnica entre Boston y Sommerville1908: se difunde en EEUU sistemas de discado telefnico1910: se mejora el incipiente concepto de sincronizacin llamado start/stop1920: se establecen los principios bsicos de la conmutacin de lneas y mensajesEVOLUCION15Sistemas de TelecomunicacionesEnlaces: Tipos: Analgicos y Digitales

Canales:Tipos: Materiales e InmaterialesAdministracin: Directo y ConmutadoOperacin: Simplex, Half Duplex y Full Duplex

Transmisin:Modos: Sincrnico y AsincrnicoTecnologas: CARACTERSTICAS TCNICAS16Tipos de EnlacesConexin real entre dos nodos en una red

Analgico (continuo): Sistema que detecta midiendo los distintos valores de los estados que adopta sistema emisor; y los transmite en forma continua y anloga en cada instante de tiempo.

Digital (discreto): Sistema que detecta los distintos valores medidos de los estados que adopta el sistema emisor; los codifica en forma de nmeros discretos y transmite estos cdigos.17Tipos de CanalesMateriales: Propagacin de seales elctricas por conductores o cables de Plata, Oro, Cobre; o seales lumnicas como la fibra de vidrio o fibra plstica.

Inmateriales: Radiacin electromagntica de ondas producidas por la oscilacin o la aceleracin de cargas elctricas (radio frecuencias RF) 18Administracin de CanalesDirecto: Se establece contacto directo entre dos corresponsales en forma permanente. Tal es el caso de los vnculos dedicados que se instalan entre dos puntos.

Conmutado: Se establece contacto a travs de un conmutador que se encarga de vincular dos corresponsales en forma transitoria. Tal es el caso de los conmutadores:

Por Circuito o Lnea (Telfono)Por Mensaje (Telex)Por Paquete (Datos) (ATM - Frame Relay)19Operacin de CanalesDuplexSimplexFull-DuplexSentido de la circulacin de los mensajesHalf-Duplex20Modos de TransmisinSincrnico: El emisor y el receptor disponen de una misma referencia de tiempo para depositar y recolectar la informacin. Las seales que no se tomen a tiempo se pierden. Se utilizan para transmitir gran cantidad de informacin a alta velocidad. Existen de dos formas:

Serial: el canal est compuesto de un solo hilo, por donde se canaliza en forma secuencial las series de bits que conforman un byte.Paralelo: el canal est compuesto por varios hilos, pudiendo ser de 8 bits, 16, 32, etc.

Asincrnico: No existe referencia comn de tiempo entre el emisor y el receptor. Se los utiliza para transmisiones de caudal reducido e irregular.21Tecnologas de TransmisinAnalgicosModulacin de Amplitud (AM)Modulacin de Frecuencia (FM)Modulacin de Fase (PM)Banda Ancha (DSL)

DigitalesBanda Base (Video Compuesto)22Radiacin ElectromagnticaLa circulacin de cargas elctricas por un conductor, genera alrededor del mismo una radiacin magntica que se propaga por el aire.

Una radiacin magntica que incide en un conductor, induce en este una circulacin de cargas elctricas.23Ondas ElectromagnticaForma con la que la radiacin electromagntica (energa) se propaga por el espacio.

Amplitud (A): Desplazamiento mximo de un punto respecto de la posicin de equilibrio (punto en el que la onda pasa de positiva a negativa y viceversa.

Longitud de onda (): Distancia entre dos puntos anlogos consecutivos. Se mide en metros (m).

Frecuencia (f): Nmero de ciclos o vibraciones por unidad de tiempo. Se mide en hercios (Hz).

Perodo (T): Tiempo invertido en efectuar un ciclo o vibracin completa.

Velocidad (v): Velocidad con que se propaga la onda. 24Espectro de Radio Frecuencia (RF)

Segn la longitud de onda, la radiacin electromagntica recibe diferentes nombres. Conjunto de ondas electromagnticas que se propagan de forma ondulatoria a velocidad constante de 300.000 km/s. 25Sistema de Transmisin de RFEMISOR

ModuladorAntena

OsciladorTransmisor

Radio FrecuenciaportadoraSeal ModuladaInformacinRECEPTORDemoduladorAntena

Sintonizador

Seal ModuladaInformacin26Onda PortadoraSeal, generalmente de forma senoidal, que es modulada (transformada) por otra seal de informacin que se quiere transmitir.

Es de una frecuencia mucho ms alta que la de la seal a modular

27Modulacin por Amplitud (AM)

28Modulacin por Frecuencia (FM)

29Modulacin por Fase (PM)

30Animacin de Modulacin

31Comunicaciones IndustrialesSe pueden definir las Comunicaciones Industriales como: rea de la tecnologa que estudia la transmisin de informacin entre circuitos y sistemas electrnicos utilizados para llevar a cabo tareas de control y gestin del ciclo de vida de los productos industriales

32Comunicaciones IndustrialesDeben resolver la problemtica de la transferencia de informacin entre los equipos de control del mismo nivel y entre los correspondientes a los niveles contiguos de la pirmide CIM (Computer Integrated Manufacturing).33Comunicaciones IndustrialesModelo OSI desarrollado por la ISO para la conexin de sistemas informticos abiertos

34Comunicaciones IndustrialesNecesidad:En los niveles superiores de la pirmide CIM se trabaja frecuentemente con grandes volmenes de datos, aunque el tiempo de respuesta no es en general crtico y se sita entre pocos segundos hasta minutos o incluso horas.

Por el contrario, los sistemas electrnicos de control utilizados en los niveles inferiores de las fases de produccin trabajan en tiempo real y debido a ello se les exigen tiempos de transmisin mucho ms rpidos y, sobre todo, un comportamiento determinista de las comunicaciones, aunque los volmenes de informacin a transmitir son, en general, menos elevados.

Como consecuencia, tenemos la siguiente situacin

35Comunicaciones Industriales

36Comunicaciones IndustrialesRedes de empresa y fbrica. En este nivel se ejecutan, entre otras, las siguientes aplicaciones informticas:

Programas ERP (Enterprise Resource Planning)Programas MES (Manufacturing Execution Systems)Programas CAD/CAM/CAE (Computer Aided Design /Manufacturing / Engineering)Herramientas de aplicacin general que permiten el trabajo en grupo (Groupware) del personal de todas las reas de la empresa

37Comunicaciones IndustrialesRedes de clula. Las redes de empresa no han sido diseadas, al menos inicialmente, para satisfacer determinados requisitos que son propios del ambiente industrial, entre los que destacan:

Funcionamiento en ambientes hostiles (perturbaciones FEM, temperaturas extremas, polvo y suciedad, ) Gran seguridad en el intercambio de datos en un intervalo cuyo lmite superior se fija con exactitud (determinismo) para poder trabajar correctamente en tiempo real.Elevada fiabilidad y disponibilidad de las redes de comunicacin, mediante la utilizacin de dispositivos electrnicos, medios fsicos redundantes y/o protocolos de comunicacin que dispongan de mecanismos avanzados para deteccin y correccin de erroresSurgen las conocidas como redes Industrial Ethernet, cuya capa de enlace estbasada en la tcnica Ethernet y cuyos protocolos bsicos de comunicacin se fundamentan en TCP/IP.38En lo que respecta a los protocolos de la capa de aplicacin que se debe utilizar en las redes Industrial Ethernet en combinacin con los protocolos de las capas inferiores, no existe actualmente una solucin nica normalizada y estn propuestas diferentes soluciones como: Modbus TCP EtherNet/IP PROFINet EtherCat Powerlink

IRT-IscronaRT-Tiempo realComunicaciones IndustrialesRedes de Clula39Suelen recibir el nombre genrico de buses de campo (Fieldbuses). Las redes de control resuelven los problemas de comunicacin en los niveles inferiores de la pirmide CIM. Se utilizan, por tanto, para comunicar entre ellos sistemas de control industrial y/o con dispositivos de campo. Se clasifican en:Redes de controladoresRedes de sensores-actuadoresComunicaciones IndustrialesRedes de control.

40Este tipo de redes de control estn diseadas para realizar la comunicacin de varios sistemas electrnicos de control PLCs, CNCs, robots, ) entre s. Son, por lo general, redes de rea local de tipo principal-subordinado (master-slave) o productor-consumidor (producer-consumer) que poseen varios nodos principales (Multimaster Networks). [Cada nodo produce informacin que consumen todos los dems] Los servicios de comunicacin que proporcionan permiten no slo el intercambio estructurado de informacin sino tambin llevar a cabo las tareas de diagnstico, programacin, carga, descarga y ejecucin y depuracin de los programas ejecutados en ellos.Comunicaciones IndustrialesRedes de control.

FMS41Comunicaciones IndustrialesRedes de sensores-actuadoresRedes de sensores-actuadores de elevada capacidad:Las redes de sensores-actuadores de elevada capacidad funcional disponen de una capa de enlace adecuada para el envo eficiente de bloques de datos de mayor tamao que en el caso anterior.

Se puedan configurar, calibrar e incluso programar dispositivos de campo (Field Devices) ms inteligentes que los todo/nada (codificadores absolutos, sensores de temperatura, presin o caudal, variadores de velocidad, servovlvulas, etc.).

En este grupo se encuentran las redes de campo diseados con el objetivo especfico de intercomunicar los sistemas electrnicos de control con los dispositivos de campo conectados al proceso. Funcionan en aplicaciones de tiempo real estricto en una pequea zona de la planta (tpicamente una mquina o clula). Los fabricantes suelen denominarlas redes de periferia distribuida (distributed periphery).42Comunicaciones IndustrialesRedes de sensores-actuadoresRedes de sensores-actuadores de capacidad limitada:Las redes de sensores-actuadores de capacidad funcional limitada han sido diseadas para integrar principalmente dispositivos todo-nada (fin de carrera, fotoclula, rel, ).AS-i(Actuator Sensor Interface)

OMRONSIEMENS43Por qu hay tantos Buses de Campo?Comunicaciones Industriales

La respuesta est en el Golf

44Comunicaciones Industriales.Entrenador Torre de Babel

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