Redes de comunicaciones industriales

1. UNIVERSIDAD DE LA FRONTERA
FACULTAD DE INGENIERIA Y ADM.
DEPTO. DE INGENIERIA ELECTRICA
IMPACTO DE ETHERNET EN
REDES INDUSTRIALES
Trabajo para optar al
Grado de Licenciado en
Ciencias de la Ingeniería.
Alumno
: Marcelo Carlos Zapata Bravo.
Carrera
: Ingeniería Civil Electrónica.
Profesor Guía : Sr. César San Martín.
Temuco, 27 de Septiembre del 2000.

2. OBJETIVOS
 Dar a conocer dos de los protocolos de
comunicación más utilizados actualmente en
distintas áreas de desarrollo, como lo son los
Buses de Campo y Ethernet, y describirlos en lo
que se refiere a nivel Físico y de Enlace según el
Modelo ISO-OSI.
 Presentar el impacto desarrollado por las Redes
Ethernet dentro de las Redes Industriales.
 Poder discriminar, para efectos de diseño e
implementación, cual modelo utilizar según las
características que requiera una posible Red de
Comunicación.

3. REDES INDUSTRIALES
♦ DEFINICION DE RED INDUSTRIAL
Conjunto de dipositivos que comparten
información a través de un medio de comunicación y
reglas llamadas protocolos.

4. VENTAJAS DE UNA RED
INDUSTRIAL
♦Visualización y supervisión de todo el proceso
productivo.
♦Posibilidad de intercambio de datos entre sectores
del proceso y entre departamentos.
♦Programación a distancia.
♦Mejora del rendimiento general de todo el proceso.

5. MODELO DE RED INDUSTRIAL

6. MODELO ISO-OSI

7. MODELO ISO-OSI
NIVEL FISICO: Establece los medios materiales para efectuar un
enlace entre nodos. (Cables, conectores, etc.)
NIVEL DE ENLACE: Mantiene la conexión entre cada par de
nodos de la Red, apoyándose en el medio físico de conexión.
NIVEL DE RED: Se encarga del encaminamiento de mensajes
entre nodo y nodo a través del medio físico, sin importar el
contenido del mensaje.
NIVEL DE TRANSPORTE: Se preocupa de asegurar la
transferencia de información sin errores en ambos sentidos.

8. MODELO ISO-OSI
NIVEL DE SESION: Establece el control de la comunicación,
indicando quien debe transmitir y recibir, además de
señalar el inicio y fin de la sesión de comunicación.
NIVEL DE PRESENTACION: Facilita la comunicación a nivel
de lenguaje entre el usuario y la máquina que esté
empleando para acceder a la Red.
NIVEL DE APLICACION: Proporciona entendimiento entre
usuarios de distintos equipos, sin importar el medio ni el
protocolo empleado, es decir, establece un tema de
diálogo.

9. BUSES DE CAMPO
♦DEFINICION
Protocolos diseñados para
Industriales de Control de Procesos.
♦TIPOS DE BUSES DE CAMPO
•PROPIETARIOS
•ABIERTOS
utilizarse
en
Redes

10. CARACTERISTICAS DESEADAS DE UN
BUS DE CAMPO
♦ INTERCONECTIVIDAD: Equipos de diferentes
fabricantes pueden ser conectados a un mismo
bus con seguridad.
♦ INTEROPERABILIDAD: Posibilidad de conectar con
éxito elementos de diferentes suministradores.
♦ INTERCAMBIABILIDAD: Equipos de cualquier
procedencia pueden ser reemplazados por
equipos funcionalmente equivalentes de otras
procedencias.

11. VENTAJAS DE UN BUS DE CAMPO
♦Reducción de la complejidad del sistema de control en
términos de hardware.
•Reducción de costos y tiempos de instalación y
mantenimiento.
•Mayor facilidad
reparaciones.
en
tareas
de
mantención
y
• Posteriores modificaciones, ampliaciones y rediseño se
llevan a cabo con mayor facilidad y economía sin tener
problemas de conexión y compatibilidad entre dispositivos
de distintos suministradores.

12. BUSES DE CAMPO PRESENTES EN
EL MERCADO
MODBUS MODICON: (M.R. GOULD INC) Topología maestro-esclavo.
No está reconocido por ninguna normal internacional.
BITBUS: (INTEL). Es un estándar abierto. está reconocido por la
normativa IEE 1118. su protocolo se gestiona completamente
mediante el microcontrolador 8044.
PROFIBUS:(SIEMMENS) Está impulsado por ser un estándar abierto
y bajo norma DIN 19.245.
S-BUS: No es un bus de campo propiamente tal, sino un sistema
multiplexor/demultiplexor que permite la conexión de e/s
remotas a través de dos pares trenzados.

13. PROFIBUS
♦CARACTERISTICAS
•PROTOCOLO ABIERTO
•ACCESO DETERMINISTICO AL CANAL DE COMUNICACION
♦TIPOS DE COMPONENTES
•ACTIVOS
•PASIVOS

14. USO DEL CANAL DE COMUNICACION
♦COMPONENTES ACTIVOS
•METODO TOKEN PASSING
♦COMPONENTES PASIVOS
•METODO MAESTRO-ESCLAVO

15. VARIANTES DE PROFIBUS
PROFIBUS-FMS: Es utilizado para tareas complejas de
comunicación a nivel de control donde la funcionalidad
adquiere mayor importancia que la velocidad.
PROFIBUS-DP: Está diseñado para obtener una alta velocidad
de transmisión datos al nivel de sensores/actuadores.
PROFIBUS-PA:Proporciona soporte al bus en aplicaciones de
campo en áreas peligrosas.

16. CARACTERISTICAS DEL SISTEMA
PROFIBUS FMS
SISTEMA ABIERTO
SI
DIN 19 245, Parte 3
EN 50170
STANDARDS
TOPOLOGIA
LINEAL
NUMERO MAXIMO NODOS
RECOMENDADO 126
PROCEDIMIENTO ACCESO
HIBRIDO( MAESTRO/ESCLAVO y MAESTRO/MAESTRO)
REQUERIMIENTOS DE CABLEADO
HILO DE COBRE O PAR TRENZADO APANTALLADO
9.6Mbps
19.2Mbps
1200 m etros
93.75Mbps
1200 m etros
187.7Mbps
1000 m etros
500Mbps
400 m etros
1.5Mbps
VELOCIDAD TRANSMISION
1200 m etros
200 m etros
DETECCION DE ERRORES
CODIGO DISTANCIA 4
INTERFACE ELECTRICO
RS-485

17. CARACTERISTICAS DEL SISTEMA
PROFIBUS DP
DIN 19 245, Parte 3
STANDARDS
TOPOLOGIA
LINEAL
NUMERO MAXIMO NODOS
RECOMENDADO 126
PROCEDIMIENTO ACCESO
HIBRIDO( MAESTRO/ESCLAVO Y MAESTRO/MAESTRO)
REQUERIMIENTOS DE CABLEADO
VELOCIDAD TRANSMISION
HILO DE COBRE, OPCIONAL PAR TRENZADO APANTALLADO
1,5Mbps
900 metros
12Mbps
100 metros
DETECCION DE ERRORES
CODIGO DISTANCIA 4
INTERFACE ELECTRICO
RS-485

18. PROTOCOLO ETHERNET
♦DEFINICION
Protocolo líder dentro de las Redes de área local
LAN, que abarca todo tipo de empresas, oficinas, etc.

19. CARACTERISTICAS
GENERALES
•Protocolo Abierto, diseñado segun la norma IEEE 802.3.
•Por naturaleza esta diseñado a nivel de ordenadores.
•Caracter aleatorio de acceso al canal de comunicación.
Acceso segun CSMA/CD.
•Puesta en marcha rápida gracias a su sistema de conexión
muy simple.
•Rendimiento escalable o posibilidad de ampliar las estaciones
existentes sin alterar los componentes instalados.
•Alta seguridad.
•Interconectividad, Interoperabilidad e Intercambiabilidad.

20. CARACTERISTICAS
ESPECIFICAS
•Todas la estaciones pueden “escuchar” a través del Bus.
• Cada estación puede transmitir información en cualquier
momento mientras vea que el Bus está desocupado.
•El algoritmo del protocolo establece los tiempos de ocupación
del Bus de los nodos para transmitir.

21. CSMA/CD
♦CARACTERISTICAS
•Múltiple acceso con detección de portadora con detección
de colisión.
•Para utilizar el canal de comunicación cada dispositivo
analiza si está ocupado o no. Es decir, detecta la presencia
de portadora.

22. CSMA/CD
♦PROBLEMAS
♦Dos o más estaciones pueden transmitir al mismo
tiempo sabiendo que el canal está desocupado.
♦En ese caso se presentan colisiones, lo cual implica
retransmitir toda la información nuevamente, proceso
que disminuye el rendimiento de la Red..
Las estaciones CSMA/CD pueden detectar colisiones y
determinar cuando retransmitir de acuerdo a los
algoritmos Backoff del protocolo.

23. TIPOS DE RED ETHERNET
Capa Física 10 Base 2: Utiliza tipo de cable coaxial RG-58
muy económico y probado. Topología de Bus.
Capa Física 10 Base 5: Utiliza cable coaxial RG-8 o RG-11,
utilizado originalmente en las primeras etapas de desarrollo.
Topología de Bus.
Capa Física 10 Base T: Utiliza cable multipar trenzado en
topología Estrella.
Capa Física 10 Base FL: Utiliza Fibra Óptica en topología en
Estrella.
Capa Física 100 Base TX: Especificación Fast-Ethernet (IEEE
802.3) para cable multipar trenzado en topología Estrella.
Capa Física 100 Base FX: Especificación Fast-Ethernet (IEEE
802.3) para Fibra Óptica en topología Estrella.

24. ETHERNET EN REDES
INDUSTRIALES
♦SOLUCION AL PROBLEMA DE COLISIONES
•TECNOLOGIA SWITCHING O DE CONMUTACION

25. BUS DE CAMPO V/S ETHERNET
PROFIBUS
NUMERO DE ESTACIONES
Tip.
Máx.
LONG. DE DATOS TIP. POR
MENSAJE
TAMAÑO DE LA RED
Red Local
ETHERNET
2 a 16
126
2 a 100
más de 1000
120 bytes
250 bytes
Eléctrica hasta 9,6 Km.
Óptica hasta 90 Km.
WAN
_
DISTANCIA ENTRE NODOS
Sobre 20 Kms.
TOPOLOGIA
Bus, árbol, estrella,
anillo redundante
SOPORTES DE TRANSMISION Red Eléctrica, cable bifilar
apantallado
Red Óptica: cable FO con
fibra de vidrio o plástico
NORMA
EN 50 170
DIN 19 245
DETERMINISTICO
SI
TIEMPO DE RESPUESTA
5 (ms) o menos
INTEROPERABILIDAD
BAJA
SEGURIDAD
ALTA
ESCALABILIDAD
MEDIA
Eléctrica hasta 1,5 Km.
Óptica hasta 200 Km.
Sin fronteras con TCP/IP
Sobre 40 Kms.
Bus, árbol, estrella,
anillo redundante
cable eléctrico, cable triaxial,
cable bifilar de pantalla doble
Red óptica: cable de FO (vidrio)
IEEE 802.3
IEEE 802.3u
SI
4(ms) o menos
ALTA
ALTA
ALTA

26. CONCLUSIONES #1
Se demuestra la superioridad ofrecida por Ethernet
sobre el Bus de Campo en lo que se refiere a:
•VELOCIDAD
•NUMERO MAXIMO DE ESTACIONES QUE SOPORTA
•TAMAÑO DE LA RED
•INTEROPERABILIDAD
•ESCALABILIDAD
Sin embargo el factor económico todavía juega a
favor del bus de campo, aunque los costos de una red
Ethernet están bajando y acercándose cada día al del Bus de
Campo.

27. CONCLUSIONES #2
La superioridad mostrada por Ethernet no lo
convierte en la única posibilidad de diseño de red puesto
que para ello debe hacerse un estudio completo de los
requerimientos de una posible red como por ejemplo:
TAMAÑO DE LA RED
•NUMERO DE ESTACIONES
•¿SE REQUIERE DEMASIADA VELOCIDAD PARA EL PROCESO?
•ETC.
Estas características, unidas al presupuesto con que
se cuenta son factores fundamentales en el momento de
realizar la mejor inversión.