IMPACTO DE ETHERNET EN REDES INDUSTRIALES UNIVERSIDAD DE LA FRONTERA FACULTAD DE INGENIERIA Y ADM. DEPTO. DE INGENIERIA ELECTRICA IMPACTO DE ETHERNET EN REDES INDUSTRIALES 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 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.

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

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.

MODELO DE RED INDUSTRIAL

MODELO ISO-OSI

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.

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.

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

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.

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 en tareas de mantención y reparaciones. 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.

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.

PROFIBUS CARACTERISTICAS PROTOCOLO ABIERTO ACCESO DETERMINISTICO AL CANAL DE COMUNICACION TIPOS DE COMPONENTES ACTIVOS PASIVOS

USO DEL CANAL DE COMUNICACION COMPONENTES ACTIVOS METODO TOKEN PASSING COMPONENTES PASIVOS METODO MAESTRO-ESCLAVO

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.

CARACTERISTICAS DEL SISTEMA PROFIBUS FMS

CARACTERISTICAS DEL SISTEMA PROFIBUS DP

PROTOCOLO ETHERNET DEFINICION Protocolo líder dentro de las Redes de área local 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. Alta seguridad. Interconectividad, Interoperabilidad e Intercambiabilidad.

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.. Las estaciones CSMA/CD pueden detectar colisiones y 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 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.

ETHERNET EN REDES INDUSTRIALES SOLUCION AL PROBLEMA DE COLISIONES TECNOLOGIA SWITCHING O DE CONMUTACION

BUS DE CAMPO V/S ETHERNET

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 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.