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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.
OBJETIVOS
 Dar a conocer dos de los protocolos de
comunicación más utilizados actualmente en
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Modelo ISO-OSI.
 Presentar el impacto desarrollado por las Redes
Ethernet dentro de las Redes Industriales.
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REDES INDUSTRIALES
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MODBUS MODICON: (M.R. GOULD INC) Topología maestro-esclavo.
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BITBUS: (INTEL). Es un estándar abierto. está reconocido por la
normativa IEE 1118. su protocolo se gestiona completamente
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PROFIBUS:(SIEMMENS) Está impulsado por ser un estándar abierto
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♦DEFINICION
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LAN, que abarca todo tipo de empresas, oficinas, etc.
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.
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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.
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.
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..
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determinar cuando retransmitir de acuerdo a los
algoritmos Backoff del protocolo.
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
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Capa Física 10 Base FL: Utiliza Fibra Óptica en topología en
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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.
ETHERNET EN REDES
INDUSTRIALES
♦SOLUCION AL PROBLEMA DE COLISIONES
•TECNOLOGIA SWITCHING O DE CONMUTACION
BUS DE CAMPO V/S ETHERNET
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TOPOLOGIA
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Eléctrica hasta 1,5 Km.
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Sin fronteras con TCP/IP
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Bus, árbol, estrella,
anillo redundante
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cable bifilar de pantalla doble
Red óptica: cable de FO (vidrio)
IEEE 802.3
IEEE 802.3u
SI
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ALTA
ALTA
ALTA
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.
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
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•¿SE REQUIERE DEMASIADA VELOCIDAD PARA EL PROCESO?
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  • 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
  • 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.