REDES DE TRANSMISION DE DATOS

 

Transmisión de datos, transmisión digital o comunicaciones digitales es la transferencia física de datos (un flujo digital de bits) por un canal de comunicación punto a punto o punto a multipunto. Ejemplos de estos canales son cables de par trenzado, fibra óptica, los canales de comunicación inalámbrica y medios de almacenamiento. Los datos se representan como una señal electromagnética, una señal de tensión eléctrica, ondas radioeléctricas, microondas o infrarrojos.

 

Formas de transmisión de datos entre dispositivos electrónicos

Transmisión analógica: estas señales se caracterizan por el continuo cambio de amplitud de la señal. En ingeniería de control de procesos la señal oscila entre 4 y 20 mA, y es transmitida en forma puramente analógica. En una señal analógica el contenido de información es muy restringida; tan solo el valor de la corriente y la presencia o no de esta puede ser determinada.

Transmisión digital: estas señales no cambian continuamente, sino que es transmitida en paquetes discretos. No es tampoco inmediatamente interpretada, sino que debe ser primero decodificada por el receptor. El método de transmisión también es otro: como pulsos eléctricos que varían entre dos niveles distintos de voltaje. En lo que respecta a la ingeniería de procesos, no existe limitación en cuanto al contenido de la señal y cualquier información adicional.

Medios de transmisión industrial

Lo que se busca en la comunicación industrial, es mayor información transmitida a mayor velocidad de transmisión. Por lo que la demanda de mejores características para los medios de transmisión es mayor. Esto es particularmente cierto para las redes industriales de comunicación, en donde las condiciones distan mucho de ser ideales debido a las posibles interferencias de máquinas eléctricas y otros.

Algunos de los más habituales medios de transmisión son:

• cables trenzados;
• cables coaxiales;
• fibra óptica.

 Transmisión paralela: es el envío de datos de byte en byte, sobre un mínimo de ocho líneas paralelas a través de una interfaz paralela, por ejemplo la interfaz paralela Centronics para impresoras.

Transmisión en serie: es el envío de datos bit a bit sobre una interfaz serie.

Interfaz física industrial

Para elegir una interfaz física se toma en cuenta la confiabilidad de transmisión y los costos, por lo tanto a pesar de las altas velocidades de transmisión que se puede obtener con una interfaz paralela, su instalación es muy costosa. Por esta razón la interfaz estándar para el campo industrial es la serie. Los bajos costos de la instalación, líneas más largas y transmisión más segura, compensan las menores velocidades de transmisión.

Algunas interfaces tipo serie que se pueden encontrar a la paty en el campo industrial son RS-232 y RS-485, si bien existen otras.

Interfaz RS-232C

Artículo principal: RS-232

Eléctricamente el sistema está basado en pulsos positivos y negativos de 12 voltios, en los cuales los datos son codificados sobre cable multifilar.

Mecánicamente este estándar tiene conectores de 9 a 25 pines, las señales principales que llevan a los datos de un terminal a otro son líneas de Transmit Data y Receive Data, para ser posible la transmisión, se requiere una tercera línea que lleva el potencial común de referencia, el resto de líneas no son imprescindibles, pero llevan información del estado de los terminales de comunicación.

Interfaz RS-485

Artículo principal: RS-485

Esta interfaz permite que actúen hasta 32 dispositivos en calidad de transmisores o receptores, los cuales pueden ser conectados a un cable de dos hilos, es decir a una verdadera operación de bus. El direccionamiento y respuesta a los comandos debe ser resuelta por el software. La máxima longitud de las líneas de transmisión para esta interfaz varia entre 1200 metros a una velocidad de 93,75 kb/s hasta 2000 metros a una velocidad de 500 kbps.

Esta interfaz usa tres estados lógicos '0', '1' y non-Data, esta última es usada para el control o sincronización del flujo de datos; esta interfaz es encontrada con frecuencia en el campo industrial. Al utilizar pares de cables trenzados y blindados, se asegura una comunicación confiable y económica.

 

Definición y Clasificación
En su acepción general, una red de comunicaciones es un conjunto de dispositivos o
nodos interconectados mediante ”enlaces de comunicación”. Esta simple definición nos
debe bastar por ahora pues las redes de datos actuales tienen características muy propias
que no nos permiten establecer una definición más precisa. En efecto, se puede intentar una
definición a partir de las topologías de red, o mediante la descripción de los modos de
operación (sincrónica o asincrónica), o según las técnicas de conmutación (circuitos o
paquetes), pero habría una multitud de redes que se ajustarían a una o más descripciones.
La costumbre actual es más bien clasificar las redes por tipos y definir las
características de las redes que entran dentro de cada tipo. Esto ha llevado a clasificar las
redes de acuerdo con su extensión geográfica; en este caso se tiene la siguiente
clasificación: (a) Redes de Gran Area (Wide-Area Network, WAN), (b) Redes de Area
Local (Local Area Network, LAN) y (c) Redes de Area Metropolitana (Metropolitan Area
Network, MAN). Más adelante describiremos las características y arquitecturas de estos
tipos de red y las redes comerciales que han sido estandarizadas.
6.1.2. Principios de la Multicanalización
Técnicas de Multicanalización
El proceso de operación multicanal permite, mediante las técnicas llamadas de
“multiplicidad”, “multiplex” o “multicanal”, combinar en el extremo transmisor los
mensajes de varias fuentes de información, transmitirlos como un solo bloque y luego
separarlos en el extremo receptor. La banda de frecuencias o intervalo de tiempo asignado a
cada mensaje comúnmente se denomina “canal”.
Hay dos formas básicas de multicanalización que son de interés:
1. La “Multiplicidad por División de Tiempo (Time-Division Multiplex, TDM)"
2. La “Multiplicidad por División de Frecuencia (Frequency-Division Multiplex,
FDM)"
El sistema FDM en esencia consiste en colocar lado a lado, mediante modulación y
sin solapamiento, los espectros de las señales mensaje individuales y formar así un espectro
compuesto o señal de banda de base compuesta que se transmite; las señales se reparten el
ancho de banda disponible del canal de transmisión y se transmiten simultáneamente. Este
esquema se utiliza en la multicanalización de canales telefónicos.
El sistema TDM combina, en el tiempo y sin solapamiento, los mensajes
individuales, codificados o no. El tiempo es compartido por las señales individuales, pero
cada señal dispone para su transmisión de todo el ancho de banda del canal. Este esquema
es el más utilizado en las redes de transmisión de datos.

REDES DE GRAN AREA (WAN)

 

 Una red de área amplia, o WAN, por las siglas de (wide area network en inglés), es una red de computadoras que abarca varias ubicaciones físicas, proveyendo servicio a una zona, un país, incluso varios continentes. Es cualquier red que une varias redes locales, llamadas LAN, por lo que sus miembros no están todos en una misma ubicación física.
Muchas WAN son construidas por organizaciones o empresas para su uso privado, otras son instaladas por los proveedores de internet (ISP) para proveer conexión a sus clientes.
Hoy en día, internet brinda conexiones de alta velocidad, de manera que un alto porcentaje de las redes WAN se basan en ese medio, reduciendo la necesidad de redes privadas WAN, mientras que las redes privadas virtuales que utilizan cifrado y otras técnicas para generar una red dedicada sobre comunicaciones en internet, aumentan continuamente.
Las redes WAN pueden usar sistemas de comunicación vía radioenlaces o satélite.

Características
1. Autonomía. Los nodos deben ser autónomos a fin de garantizar el servicio local
ante fallas del sistema de transmisión.
2. Confiabilidad. Todos los servicios y equipos deben ser redundantes. La
recuperación de fallas debe ser transparente para el usuario.
3. Transparencia de Servicios y Facilidades a nivel de Red. Cualquier usuario,
debidamente autorizado, puede utilizar todos los servicios, facilidades y
módulos especiales.
4. Capacidad de Crecimiento sin grandes modificaciones de estructura.
5. Posibilidad de migración hacia la Red Digital de Servicios Integrados (ISDN).
Esto implica capacidad para intercambio global a Nivel Básico [2B+D] y
Primario [30B+D] y [23B+D]. Estos conceptos los describiremos más adelante.
Facilidades
1. Enrutamiento y Conmutación Automáticos.
2. Asignación y Reservación de Ancho de Banda según demanda.
3. Facilidades de Corrección de Error y Compresión de Datos.
4. Soporte para servicios de voz, datos, facsímil y video interactivos.
5. Alta capacidad de transmisión, tanto nacional como internacional.
6. Capacidad para control y transmisión a bajas y altas velocidades.
7. Facilidades de conversión entre formatos E1 y T1.
8. Facilidades de Conversión entre (a) diferentes velocidades de transmisión y (b)
entre las leyes de compansión A y μ en los circuitos de voz internacionales.
Medios y Velocidades de Transmisión
En general, las WAN están formadas por los nodos de acceso interconectados por
sistemas de portadora (communication carriers) que prestan servicios de transmisión. En
este aspecto, a las WAN se las denomina también Redes de Valor Agregado (Value Added
Networks, VAN).
Los medios y velocidades de transmisión más comunes son:
• Líneas Telefónicas Dedicadas Arrendadas: 1,2; 2,4; 4,8; 9,6; 19.2; 56 y 64 kbps

REDES DE AREA LOCAL

¿Qué es una red de área local?

Una red de área local LAN) es una red que se utiliza para conectar equipos de una compañía u organización. Con una LAN, un concepto que se remonta a 1970, los empleados de una compañía pueden:

• intercambiar información;
• comunicarse;
• acceder a diversos servicios.

Por lo general, una red de área local conecta equipos (o recursos, como impresoras) a través de un medio de transmisión cableado (frecuentemente pares trenzados o cables coaxiales) dentro de un perímetro de unos cien metros. Para espacios más grandes, la red se considera como parte de una red denominada MAN (red de área metropolitana), en la que el medio de transmisión está mejor preparado para enviar señales a través de grandes distancias.

Componentes de hardware de una red de área local

Una red de área local está compuesta por equipos conectados mediante un conjunto de elementos de software y hardware. Los elementos de hardware utilizados para la conexión de los equipos son:

• La tarjeta de red(a veces denominada “acoplador”): Se trata de una tarjeta que se conecta a la placa madre del equipo y que se comunica con el medio físico, es decir, con las líneas físicas a través de las cuales viaja la información.
• El transceptor(también denominado “adaptador”): Se utiliza para transformar las señales que viajan por el soporte físico en señales lógicas que la tarjeta de red puede manejar, tanto para enviar como para recibir datos.
• El tomacorriente (socket en inglés): Es el elemento utilizado para conectar mecánicamente la tarjeta de red con el soporte físico.
• El soporte físico de interconexión: Es el soporte (generalmente cableado, es decir que es un cable) utilizado para conectar los equipos entre sí. Los principales medios de soporte físicos utilizados son:
  • el cable coaxial
  • el par trenzado;
  • la fibra óptica.

Topologías de red de área local

Los dispositivos de hardware solos no son suficientes para crear una red de área local que pueda utilizarse. También es necesario fijar un método de acceso estándar entre los equipos, para que sepan cómo los equipos intercambian datos, en especial cuando más de dos equipos comparten el mismo soporte físico. Este método de acceso se denomina topología lógica. La topología lógica se lleva a cabo mediante un protocolo de acceso. Los protocolos de acceso más comunes son:

• Ethernet
• Red en anillo

La manera en la que los equipos se encuentran físicamente interconectados se denomina topología física. Las topologías físicas básicas son:

• Topología en anillo
• Topología de bus
• Topología de estrella

Una red de área local (Local Area Network, LAN) es una red de datos de recursos
compartidos que permite que un número de dispositivos independientes y no homogéneos
puedan comunicarse entre sí. Estas redes están confinadas en áreas geográficas
relativamente pequeñas como, por ejemplo, un recinto universitario (edificios y
laboratorios) o un edificio con una gran cantidad de oficinas, en donde se necesita
servicios de transferencia de archivos, procesamiento de palabras, correo electrónico,
servidores de todo tipo, bases de datos distribuidas, etc., e interconexión con otras LAN.
Una LAN puede soportar una gran cantidad de dispositivos digitales: computadoras (micro,
mini y maxi), terminales de video, bancos de datos, impresoras, graficadoras, impresoras de
facsímil e interfaces con otras redes. La transmisión de voz y de video no ha sido definida
en las LAN.
Las características principales de las redes de área local son:
• Tiene una extensión de 1 a 10 km, cuando más
• La información se transmite en serie sincrónica y asincrónicamente, comúnmente
desde 300 bps hasta 20 Mbps, aunque hay en proyecto y desarrollo sistemas que
pueden llegar hasta 1000 Mbps
• La tecnología utilizada es de avanzada y está basada en procesadores
• Comparada con los sistemas de transmisión analógica, la LAN es relativamente
inmune al ruido. La tasa de error (BER) es del orden de 10-9, mientras que la tasa
de error en transmisión de voz, por ejemplo, es de 10-4. La confiabilidad es alta
• La transmisión se efectúa por conmutación de paquetes

Topologías
La topología de una red de área local puede adoptar varias formas, como se muestra
en la Fig. 6.15.

Métodos de Acceso al Medio
Las redes de área local están formadas por colecciones de dispositivos que deben
compartir la capacidad de transmisión de la red, y es necesario disponer de medios para el
control del acceso al medio de transmisión cuando dos (o más) dispositivos desean
establecer una conexión en un momento dado. En primer lugar, hay que decidir si el control
se ejerce en una forma centralizada o en una forma distribuida. En el sistema centralizado
se define un controlador o nodo que tendrá la autoridad para permitir el acceso a la red. Una
estación que desea transmitir debe esperar entonces hasta recibir autorización desde el nodo
de control. Por el contrario, en la red con control distribuido las estaciones colectivamente
establecen una forma dinámica de control para determinar qué estación transmitirá de
primero, por cuánto tiempo, con qué prioridades, etc.
Basados en las premisas anteriores, podemos establecer entonces tres formas de
acceso al medio: el acceso dedicado, el acceso controlado y el acceso aleatorio, que son las
tres formas encontradas en la mayoría de las redes de área local corrientes, Fig 6.16.
Fundamentalmente, en el acceso dedicado se aplican las técnicas de multiplex TDM
y FDM, que hemos visto anteriormente, y sus formas de acceso a satélites, conocidas como
Acceso Múltiple por División de Tiempo (TDMA) y Acceso Multiple por División de
VI. REDES DE TRANSMISION DE DATOS
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Frecuencia (FDMA). El controlador, en este caso un multiplexor, asigna o reserva ranuras
de tiempo o gamas de frecuencia a los diferentes usuarios. Esta asignación puede ser fija o
puede ser dinámica, como es el caso de los multiplexores estadísticos, en los cuales la
asignación de canales o ancho de banda es “según la demanda”. Estas técnicas son poco
utilizadas en las redes de área local corrientes y no abundaremos en más detalles.

 

Medios de Transmisión en Redes de Area Local
El medio de transmisión es el canal o conexión física entre el transmisor y el
receptor en una red de comunicaciones. Los medios de transmisión utilizados en las redes
de área local son el par trenzado, el cable coaxial, las fibras ópticas y el espacio libre.
Los medios de transmisión se pueden clasificar como “medios guiados” y “medios
no guiados” y la transmisión es en forma de una onda electromagnética. Ejemplos de los
medios guiados son el par trenzado, el cable coaxial y las fibras ópticas, mientras que la
atmósfera y el espacio exterior son ejemplos de medios no guiados. La atmósfera y el
espacio exterior permiten la transmisión de ondas electromagnéticas pero no las guían,
como es el caso de la transmisión en radiofrecuencia y con rayos infrarrojos.
De acuerdo con el modo de transmisión de las señales, se tiene la “transmisión en
banda de base” y la “transmisión mediante portadora modulada”, que ya hemos definido
anteriormente. La transmisión en banda de base demanda anchos de banda menores que la
transmisión mediante portadora modulada y los medios de transmisión deberán ser
compatibles con estos modos. Por ejemplo, el par trenzado es el medio apropiado para la
transmisión en banda de base, mientras que el cable coaxial y las fibras ópticas lo son para
la transmisión mediante portadora modulada. Nótese que en la literatura inglesa se utiliza el
término “broadband”, que significa “banda ancha”, como sinónimo del término
“modulada”; el lector debe estar atento a estas singularidades del lenguaje técnico.

Redes de Area Local Estandarizadas
Ante la creciente cantidad de redes de área local presentes en el mercado, el
Instituto de Ingenieros Electricistas y Electrónicos (IEEE) de los Estados Unidos decidió
establecer el denominado Comité 802 para la elaboración de unos estándares para las redes
de área local. En 1985, el Comité 802 completó un conjunto de normas que regulan el
método de acceso, los medios de transmisión y otras características de las redes de área
local. Estas normas han sido adoptadas por el Instituto Americano de Normas Nacionales
(ANSI), la Oficina Nacional de Normas (NBS) y por la mayoría de los fabricantes de redes,
incluyendo IBM, DEC y AT&T. Estas normas fueron revisadas por la ISO y emitidas en
1987 como normas internacionales con la designación ISO 8802; sin embargo, nosotros
siempre nos referiremos a ellas como los estándares LAN IEEE 802.
Arquitectura de las Redes de Area Local
Como en el Modelo ISO/OSI, los modelos LAN IEEE 802 definen una arquitectura
de red estratificada pero solamente para las Capas Enlace y Física; las capas superiores no
están definidas. En la Fig. 6.19 se comparan los Modelos ISO/OSI y LAN IEEE 802.
En general, la Capa Enlace debe proveer servicios de control de error y control de
flujo entre nodos en una red. Pero como en una LAN no hay nodos intermedios (el enrutamiento
es innecesario), algunas funciones de Capa Red se pueden incorporar en la Capa
Enlace. Estas funciones son los Servicios con Conexión, Servicios sin Conexión,
Capacidad de Multiplexamiento y Servicios de Direccionamiento fin-a-fin.

Tecnologías Ethernet de Alta Velocidad
Desde que la Red Ethernet (802.3) se desarrolló en la década de los 80, la potencia
de procesamiento de los computadores personales y estaciones de trabajo se ha
incrementado en forma exponencial, y la cantidad de aplicaciones y estaciones ha
aumentado dramáticamente. Esto trajo como consecuencia una limitación en el ancho de
banda disponible para cada estación. Para compensar esta limitación en el ancho de banda
se han propuesto varias soluciones:
􀂃 Aumentar la velocidad de procesamiento sobre los 10 Mbps actuales
􀂃 Segmentar la red mediante puentes y enrutadores
􀂃 Instalar conmutadores LAN

COMUNICACIONES INDUSTRIALES

COMUNICACIONES INDUSTRIALES

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Las estrategias básicas en la automatización de procesos industriales está dirigida
hacia los siguientes objetivos:
1. Aumentar la eficiencia de las operaciones y procesos industriales a través de la
aplicación de las modernas tecnologías de la Electrónica, la Informática y las
Telecomunicaciones.
2. Incrementar la productividad de los recursos humanos mediante:
(a) La automatización de las actividades manuales y repetitivas
(b) La dotación de procedimientos, equipos y sistemas que permitan disponer
de la información en forma oportuna y confiable en el sitio y momento
deseados
(c) Disminuir costos usando menor energía y manteniendo inventarios mínimos
(d) Aumentar la disponibilidad de la planta física mediante mantenimiento
centrado en la confiabilidad
3. Transformar la forma de operar mediante la integración de los puntos 1 y 2, y la
aplicación de nuevos métodos de análisis de procesos y de la teoría del control, y
la incorporación de las tecnologías más avanzadas.

 

La Red de Telecomunicaciones para la Automatización Industrial tiene como
objetivos:
(a) La recolección de datos, instantáneamente desde las localidades remotas
(b) La transmisión de los datos hasta los Centros de Control de Operaciones y de
Procesamiento de la Información

(c) Proveer los recursos para aumentar la confiabilidad y seguridad en los procesos
de producción mediante detección temprana de condiciones de alarma,
supervisión y control continuo de procesos de alto riesgo, verificación del
estado de las instalaciones y seguimiento de las condiciones de operación de
estaciones remotas
(d) Proveer paralelamente Servicios de Transmisión de Voz e Imágenes
Para cumplir con estos objetivos la red integrada de comunicaciones debe
estructurarse con base en una arquitectura bien definida y bajo las premisas de
racionalización, conectividad, calidad y confiabilidad.
En la mayoría de las grandes empresas industriales el modelo de sistemas tiene una
estructura piramidal de la forma mostrada en la Fig. 5.1.

 

En la Fig. 5.2 se muestra en forma esquemática la estructura integrada de una
empresa industrial moderna donde se alcanzan los objetivos anteriores. Esta estructura se
está imponiendo en las todas las grandes empresas; en particular, en Venezuela ha sido
PDVSA la pionera en el establecimiento de este concepto

 

Telemetría
La Telemetría es el uso de equipos eléctricos o electrónicos para detectar, acumular
y procesar datos físicos en un lugar, para después transmitirlos a una estación remota donde
pueden procesarse y almacenarse

Telecontrol
Un proceso industrial completo incluye también el control (local o remoto) de las
operaciones que se están llevando a cabo. Muy ligado a la Telemetría se tiene entonces el
Telecontrol, mediante el cual, una vez recibidas y procesadas las señales o variables de
campo, se procede a modificar las condiciones de operación de los procesos de acuerdo con
un plan preestablecido, o de acuerdo con las circunstancias. El ente que toma las decisiones
puede ser un operador experimentado o un dispositivo automático.
Un sistema de procesamiento industrial básicamente es un sistema de telemetría y
telecontrol.

 

Procesos Físicos
Definiciones
En términos prácticos, un proceso físico es una operación que se lleva a cabo para la
ejecución de una tarea específica. Por ejemplo, un proceso físico puede ser la operación de
una caldera, en donde es necesario conocer en todo momento sus condiciones de trabajo:
temperaturas, nivel del agua, presión del vapor, monitoreo de la llama, etc.
En el proceso físico se está generando una cantidad de información que es necesario
conocer y procesar para poder seguir y controlar su funcionamiento.

 

Captura de Variables
Las variables físicas presentes en un proceso físico deben ser capturadas en forma
apropiada, de tal manera que su medición, materializada en una señal eléctrica, sea una
representación exacta de la variable misma. En general, esta operación es efectuada por un
transductor, llamado también detector primario o sensor.

Procesamiento y Control Local
Configuración
Una vez que las señales han sido debidamente acondicionadas, ellas pasan a la fase
de procesamiento y control local, cuya configuración, algunas veces llamada arquitectura,

El sistema de procesamiento y control local consta de los siguientes elementos:
• Módulos de Entrada/Salida (I/O)
• Procesador y Memoria (CPU)
• Módulo de Comunicaciones
• Relojes y Fuente de Alimentación

 El PLC se puede considerar como una “caja negra inteligente” en la que existen
terminales de entrada para dispositivos y transductores, terminales de salida para
accionamiento y control de motores, válvulas, etc., de tal forma que la actuación de estos
últimos está en función de las señales de entrada que estén activadas en cada momento,
según el programa almacenado. Esto quiere decir que los elementos tradicionales como
relés auxiliares, relés de enclavamiento, temporizadores, contadores, etc. son internos. La
tarea del usuario se reduce a realizar el “programa”, que no es más que la relación que se
tiene que cumplir entre las señales de entrada y la activación de alguna respuesta
específica.

 

Por sus características especiales de diseño, el PLC tiene un campo de aplicación
muy variado sobre todo en instalaciones locales donde es necesario realizar procesos de
maniobra, control, señalización, etc. Sus dimensiones reducidas, la extrema facilidad de su
montaje, la posibilidad de almacenamiento y modificación de programas lo hacen apto para
aquellos procesos en que se producen necesidades tales como:
• Espacio reducido
• Procesos de producción periódicamente cambiantes
• Procesos secuenciales
• Maquinarias de procesos variables
• Instalaciones de procesos complejos y amplios

Ventajas de los PLC
Son muchas las ventajas que presentan los PLC, entre otras se tiene:
• Menor tiempo empleado en la elaboración del proyecto
• Facilidad para efectuar modificaciones
• Espacio ocupado de reducidas dimensiones
• Menor costo en equipos y mano de obra
• Poco mantenimiento