Protocolos y arquitectura Parte II República Bolivariana de Venezuela Universidad Nacional Experimental Politécnica “Antonio José De Sucre” Vicerrectorado Puerto Ordaz Departamento de Ingeniería Electrónica Protocolos y arquitectura Parte II

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 DE SECUENCIA C-1 SECUENCIA DATOS DE USUARIO 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, RS-449, 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

Modo NRM Modo ARM Modo ABM Protocolo hdlc Existen tres modos de funcionamiento posibles para la interconexión de emisor y receptor: Modo NRM Modo ARM Modo ABM

Modo de respuesta normal: 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 poco utilizado actualmente 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

No hay estaciones primarias y secundarias, todas son equivalentes 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 #18 AWG (0.8 mm2) 1900 m (6232 ft.) B Par trenzado multiple con blindaje #22 AWG (0.32 mm2) 1200 m (3936 ft.) C Par trenzado multiple sin blindaje #26 AWG (0.13 mm2) 400 m (1312 ft.) D Dos pares de cables sin blindaje (No trenzados) #16 AWG (1.25 mm2) 200 m (656 ft.)

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. Total de dispositivos por segmento Dispositivos por Spur 1 2 3 1-12 120 m 90 m 60 m 13-14 30 m 15-18 1 m

Ejemplo del largo del cable Máx. 60 m Máx. 90 m Máx. 120 m

Fieldbus = tecnología abierta

Ejemplo de fieldbus DCS: 4-20 mA = 0 – 6000 mm H2O. FCS: Rango = 0 – 6000 mm H2O NIVEL INFORMACIÓN DCS INFORMACIÓN FCS 0 mm H2O 3000 mm H2O 4 mA 12 mA 0mmH2O Good 3000mmH2O Good 6000 mm H2O 20 mA 6000mmH2O Good 7500 mm H2O * 21 mA 6500mmH2O UNCERTAIN 9000 mm H2O 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 DP PA Aplicación Nivel de célula Nivel de campo Estándar 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 Tamaño red <=150 km Máx 1.9 km Velocidad 9.6 Kbs- 12 Mbs 31.25 Kbs

Sistema completo

Insensible a la influencia de interferencias electromagnéticas. 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…