taller parcial instrumentacion

Protocolos de Comunicación Serial RS-232 RS- 485 MODBUS CAN


INSTRUMENTACION INDUSTRIAL

Trabajo parcial

IntegrantesWilliam Narváez López

Laura Quiroz Blancomauricio

profesorJorge Eliecer Duarte Forero

Universidad del Atlántico2016

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RESUMEN

La comunicación serial es un protocolo muy común (no hay que confundirlo con el Bus Serial de Comunicación, o USB) para comunicación entre dispositivos que se incluye de manera estándar en prácticamente cualquier computadora. La mayoría de las computadoras incluyen dos puertos seriales RS-232. La comunicación serial es también un protocolo común utilizado por varios dispositivos para instrumentación; existen varios dispositivos compatibles con GPIB que incluyen un puerto RS-232. Además, la comunicación serial puede ser utilizada para adquisición de datos si se usa en conjunto con un dispositivo remoto de muestreo.

PALABRAS CLAVE

La evaluación del impacto ambiental, el conductor, el receptor, la comunicación serial

ABSTRACT

The serial communication is a very common protocol ( not to be confused with the Communication Serial Bus , or USB ) for communication between devices that comes standard on virtually any computer . Most computers include two RS -232 serial ports . Serial communication is also a common protocol used by various devices for instrumentation ; Several GPIB -compatible devices that include an RS - 232 port. In addition , serial communication can be used for data acquisition if used in conjunction with a remote sampling device .

KEYWORD

EIA, driver, receiver, serial communication.

INTRODUCCIÓN

Las comunicaciones industriales con fines de automatización exigen un amplio conocimiento de los estándares de conexión local para equipos terminales que permitan la comunicación entre una computadora y sus periféricos, incluidos los sensores, actuadores y controladores lógicos programables.Este tipo de comunicaciones brinda el escenario ideal para construir redes de baja cobertura y bajo costo, ya sea con conexiones de corriente o de tensión. En los circuitos de conexión en serie por corriente o bucle de corriente se emplea ésta característica para representar la información del sistema a través de un cable que una los equipos terminales emisor y receptor. Por otro lado, en los circuitos de conexión por tensión o bucle de tensión es ésta señal eléctrica la que se emplea para representar la información a través del enlace establecido entre los dos (2) conductores enlazados.

Consideraciones en la Comunicación Serie

Cuando se transmite información a través de una línea serie es necesario utilizar un sistema de codificación que permita resolver los siguientes problemas

Sincronización de bits: El receptor necesita saber donde comienza y donde termina cada bit en la señal recibida para efectuar el muestreo de la misma en el centro del intervalo de cada símbolo (bit para señales binarias).

Sincronización del carácter: La información serie se transmite por definición bit a bit, pero la misma tiene sentido en palabras o bytes.

Sincronización del mensaje: Es necesario conocer el inicio y fin de una cadena de caracteres por parte del receptor para, por ejemplo, detectar

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algún error en la comunicación de un mensaje.

Velocidad de transmisión

La velocidad de transmisión de datos es expresada en bits por segundo o baudios. El baudio es un concepto más general que bit por segundo. El primero queda definido como el número de estados de la señal por segundo, si sólo existe dos estados (que pueden ser representados por un bit, que identifica dos unidades de información) entonces baudio es equivalente a bit por segundo. Baudio y bit por segundo se diferencian cuando es necesario más de un bit para representar más de dos estados de la señal.La velocidad de transmisión queda limitada por el ancho de banda, potencia de señal y ruido en el conductor de señal. La velocidad de transmisión queda básicamente establecida por el reloj. Su misión es examinar o muestrear continuamente la línea para detectar la presencia o ausencia de los niveles de señal ya predefinidos. El reloj sincroniza además todos los componentes internos.

La base de reloj

Cuando se establece la comunicación es necesario implementar una base de tiempo que controle la velocidad. En un microcontrolador, se utilizaría la base de tiempos del reloj del sistema, si bien, en términos genéricos se utilizaría uno de los siguientes métodos:

Mediante la división de la base de reloj del sistema. por ejemplo mediante un contador temporizador programable.

A través de un oscilador TTL. Para cambiar frecuencia hay que cambiar el cristal.

Generador de razón de baudios. Existen diferentes dispositivos especializados que generan diferentes frecuencias de reloj.

Estándar RS-232 HistoriaEn la década de los años 60 la EIA desarrolló una interfaz común de

comunicación con el objetivo principal del intercambio de datos a través de líneas telefónicas de voz que por ende requerían de un dispositivo traductor de señales (análogo-digital y digital-análogo), el protocolo de la norma utiliza un modo asíncrono en el cual, el emisor y el receptor manejan su propio reloj, donde ambos deben tener la misma frecuencia. El estándar se ha desarrollado por más de cuarenta (40) años durante los cuales la EIA ha publicado tres (3) modificaciones, la más reciente llamada EIA-232F introducida en 1997. El nombre del estándar paso de RS-232 a EIA-232 al igual que otros elementos de la norma original han cambiado su denominación.Los diferentes parámetros de la transmisión son programables, un caso es la velocidad que puede variar entre 50 y 19.200 baudios.

Definición

El puerto serie RS-232C, presente en todos los ordenadores actuales, es la forma más comúnmente usada para realizar transmisiones de datos entre ordenadores. El RS-232C es un estándar que constituye la tercera revisión de la antigua norma RS-232, propuesta por la EIA (Asociación de Industrias Electrónicas), realizándose posteriormente un versión internacional por el CCITT, conocida como V.24. Las diferencias entre ambas son mínimas, por lo que a veces se habla indistintamente de V.24 y de RS-232C (incluso sin el sufijo "C"), refiriéndose siempre al mismo estándar.

El RS-232 define especificaciones mecánicas, eléctricas, funcionales y de procedimientos tipitos de un protocolo orientado al enlace físico punto a punto. Este estándar se basa en comunicación asíncrona es decir que los datos pueden ser

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transmitidos en cualquier momento por lo que deben tomarse precauciones para sincronizar la transmisión y recepción. Como puede verse en el

propio título del estándar, en la comunicación serie se distinguen dos tipos de dispositivos: Los equipos terminales de

datos DTE ("Data Terminal Equipment"), y los equipos de comunicación de datos DCE ("Data Communication Equipment").

En la terminología de las comunicaciones serie se denomina "Sexo" de un equipo a su tipo; en este sentido DTE y DCE son "sexos" contrarios. A efectos prácticos el sexo del equipo determina que asignación de señales tendrá su conector externo.

Tipos de Conectores

La comunicación serial mediante el estándar RS-232 puede ser directa cuando se realiza sobre banda base digital y/o mediante un modem cuando la transmisión se realiza en banda base análoga modulando la portadora. Cuando se transmite a través de un modem la norma define un conjunto de 22 señales divididas en señal de datos y señal de control distribuidas en un conector de tipo DB25, de 25 terminales Fig.1, sin embargo, no todas las señales de control son imprescindibles para establecer la comunicación entre dos equipos, es por eso que en muchas ocasiones se utiliza un conector macho tipo DB9, de 9 terminalesFig.2

La versión europea se regula bajo la norma CCITT V.24 y se especifica para una distancia máxima del enlace de 15 m y una velocidad de transmisión de máximo 20 Kbps

Conector DB25

conector DB25 (originalmente DE-25) es un conector analógico de 25 clavijas de la familia de conectores D-Subminiature (D-Sub o Sub-D). Al igual que el conector DB9, el conector DB25 se utiliza principalmente para conexiones en serie, ya

que permite una transmisión asíncrona de datos según lo establecido en la norma RS-232 (RS-232C). También se utiliza para conexiones por el puerto paralelo. En un principio se utilizó para conectar

impresoras y por este motivo, se le conoce como el "puerto de impresora" (abreviado LTP).Entonces, para evitar confusiones, los puertos de serie DB25 de los equipos generalmente tienen conectores machos, mientras que los conectores de puerto paralelo son conectores hembra DB25.

Se utiliza para aplicaciones de puerto paralelo, serie o SCSI: módem, módem nulo, Laplink, impresora, escáner, unidad de almacenamiento extraíble. El conector DB25 tiene 25-pines dispuestos en dos filas uno sobre el otro. La fila superior tiene 13 pines y la fila más baja tiene 12 pines.

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Fig. 1


Tabla especificaciones Funcionales (conexión en serie) DB-25

Número de Pines

Nombre

2 TXD: Transmitir datos

3 RXD: Recibir datos

4 RTS: Permiso para transmitir

5 CTS: Listo para enviar

6 DSR: Ajuste de datos listo

7 GND: Señal de tierra

8 DCD: Detector de transmisión

20 DTR: Terminal de datos lista

22 RI: Indicador de llamada

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Número de Pines

Nombre

1 CD: Detector de transmisión

2 RXD: Recibir datos

3 TXD: Transmitir datos

4 DTR: Terminal de datos lista

5 GND: Señal de tierra

6 DSR: Ajuste de datos listo

7 RTS: Permiso para transmitir

8 CTS: Listo para enviar

9 RI: Indicador de llamada

Protección


Conector DB9

El conector DB9 (originalmente DE-9) es un conector analógico de 9 clavijas de la familia de conectores D-Subminiature (D-Sub o Sub-D).El conector DB9 se utiliza principalmente para conexiones en serie, ya que permite una transmisión asíncrona de datos según lo establecido en la norma RS-232 (RS-232C).

Tabla especificaciones Funcionales (conexión en serie) DB9

Se debe tener en cuenta que existen adaptadores DB9-DB25 para convertir

fácilmente un enchufe DB9 en uno DB25 y viceversa.

Descripción de las señales:

SG (Signal ground) o GND: Esta línea debe estar conectada al chasis del PC y desde ahí hacer tierra.

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Fig.2


DTR (Data Terminal Ready): Esta señal prepara al modem para conectarse a una

línea de comunicación y mantener la conexión establecida. Una vez que modem está conectado a la línea este pin debe estar encendido para mantenerse la conexión, si DTR es apagado, provoca una desconexión de la línea, interrumpiendo el enlace de datos en progreso.

DSR (Data Set Ready): Es la línea que indica que el modem está preparado. Usualmente el DSR está todo el tiempo encendido porque este valor es un indicador de que el MODEM esta encendido y listo.

RTS (Request To Send): Es la línea que dice al modem que el PC quiere enviar datos. El estándar RS-232 dice que RTS condiciona al modem para la transmisión, en realidad esta es solo una función que sirve de interruptor a un modem half duplex para transmitir o recibir. Mientras un modem half duplex está recibiendo,

CTS (Clear To Send): Es la línea que indica que el modem está preparado para recibir datos desde el PC.

DCD (Data Carrier Detect): Es la línea que indica que el modem tiene de verdad conexión remota. Este pin es también llamado “Receiver Time Signal Detect” es encendido cuando el modem recibe una señal remota y se mantiene encendido durante el enlace.

TXD (Transmit Data): Es la línea de transmisión de datos serie al modem. El TXD no puede transmitir datos a menos que los sigtes circuitos hayan sido encendidos:DTRDSRRTS (listo para enviar).CTS (listo para recibir).

RXD (Receive Data): Es la línea de recepción de datos serie desde el modem.

RI (Ring Indicator): Es la línea que indica que el modem ha detectado la señal de “llamada” ( se pone en uno ).

RTxC (Transmit/Receive Clock): Reloj común para transmisiones sincrónicas (solo existe en algunos PC’s).

Además para que dos dispositivos puedan hacer efectivo el intercambio de información, se requiere que cada uno de ellos utilice las mismas características de transmisión, entre estas características están la velocidad de transmisión, que pueden ser de: 110bps, 300bps, 600bps, 900bps, 1200bps, 2400bps, 4800bps, 9600bps, 19200bps. Estas velocidades han sido ampliadas en la versión RS-232-E.

Características eléctricas

Se establece que la longitud máxima del cable no debe ser superior a los 15 metros y la velocidad máxima de transmisión es, en principio, 128.000 bps. Los niveles lógicos no son compatibles TTL, considerando:

1 lógico entre -3V y -15V 0 lógico entre +3V y +15

Trazado de los niveles de tensión para el caracter ASCII "K" (0x4b) con 1 bit de inicio, 8 de datos y 1 de stop:

Modos de transmisión

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Existen dos modos básicos para realizar la transmisión de datos y son: Modo asíncrono. Modo síncrono.

Transmisión asíncrona

Cuando se opera en modo asíncrono no existe una línea de reloj común que establezca la duración de un bit y el carácter puede ser enviado en cualquier momento. Esto conlleva que cada dispositivo tiene su propio reloj y que previamente se ha acordado que ambos dispositivos transmitirán datos a la misma velocidad.

Las transmisiones asíncronas son aquellas en que los bits que constituyen el código de un carácter se emiten con la ayuda de impulsos suplementarios que permiten mantener en sincronismo los dos extremos.En las transmisiones síncronas los caracteres se transmiten consecutivamente, no existiendo ni bit de inicio ni bit de parada entre los caracteres, estando dividida la corriente de caracteres en bloques, enviándose una secuencia de sincronización al inicio de cada bloque.

En la transmisión asíncrona un carácter a transmitir es encuadrado con un indicador de inicio y fin de carácter, de la misma forma que se separa una palabra con una letra mayúscula y un espacio en una oración. La forma estándar de encuadrar un carácter es a través de un bit de inicio y un bit de parada.Durante el intervalo de tiempo en que no son transferidos caracteres, el canal debe poseer un "1" lógico. Al bit de parada se le asigna también un "1". Al bit de inicio del carácter a transmitir se le asigna un "0". Por todo lo anterior, un cambio de nivel de "1" a "0" lógico le indicará al receptor que un nuevo carácter será transmitido.

La transmisión síncrona

Es un método más eficiente de comunicación en cuanto a velocidad de transmisión. Ello viene dado porque no existe ningún tipo de información adicional entre los caracteres a ser transmitidos.

Cuando se transmite de manera síncrona lo primero que se envía es un octeto de sincronismo ("sync"). El octeto de sincronismo realiza la misma función que el bit de inicio en la transmisión asíncrona, indicando al receptor que va ha ser enviado un mensaje. Este carácter, además, utiliza la señal local de reloj para determinar cuándo y con qué frecuencia será muestreada la señal, es decir, permite sincronizar los relojes de los dispositivos transmisor y receptor. La mayoría de los dispositivos de comunicación llevan a cabo una resincronización contra posibles desviaciones del reloj, cada uno o dos segundos, insertando para ello caracteres del tipo "sync" periódicamente dentro del mensaje.Los carácteres de sincronismo deben diferenciarse de los datos del usuario para permitir al receptor detectar los caracteres "sync". Por ejemplo, el código ASCII utiliza el octeto 10010110.Existen ocasiones en que son definidos dos caracteres de sincronismo, ello puede ser necesario si, por cualquier motivo el carácter "sync" original se desvirtuara, el siguiente permitirá la reinicialización del receptor. En segundo lugar, puede ocurrir que el equipo receptor necesite un tiempo adicional para adaptarse a la señal entrante.Cuando se transmite de forma síncrona, es necesario mantener el sincronismo entre el transmisor y el receptor cuando no se envían caracteres, para ello son insertados caracteres de sincronismo de manera automática por el dispositivo que realiza la comunicación.

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Tipos de cables

Sólo presentamos los dos cables más comunes hoy día relacionados con RS232.

Cable de extensión serie

Proporciona la posibilidad de extender la longitud de un dispositivo con conector DB9 hasta el PC. Perfecto para dispositivos seriales con cables cortos. Incluye blindaje protector de aluminio que ayuda a cumplir con los requisitos de la FCC sobre interferencias EMI / RFI.

Cable de modem nulo (null-modem)

Proporciona la posibilidad de conectar entre sí dos DTE, como por ejemplo dos PCs. Incluye blindaje protector de aluminio que ayuda a cumplir con los requisitos de la FCC sobre interferencias EMI / RFI.

Líneas o canales de comunicación

Se pueden establecer canales para la comunicación de acuerdo a tres técnicas, siempre tomando al microprocesador o microcontrolador como referencia (transmisor) y al periférico como destino (receptor):

Simplex Semi duplex (Half duplex)Totalmente duplex (Full duplex)

Simplex: En ella la comunicación serie usa una dirección y una línea de comunicación. Siempre existirá un transmisor y un receptor, no ambos.

La ventaja de este sistema consiste en que es necesario sólo un enlace a dos hilos.

La desventaja radica en que el extremo receptor no tiene ninguna forma de avisar al extremo transmisor sobre su estado y sobre la calidad de la información que se recibe. Esta es la razón por la cual, generalmente, no se utiliza.

Semi duplex: La comunicación serie se establece a través de una sóla línea, pero en ambos sentidos. En un momento el transmisor enviará información y en otro recibirá, por lo que no se puede transferir información en ambos sentidos de forma simultánea .

Este modo permite la transmisión desde el extremo receptor de la información, sobre el estado de dicho receptor y sobre la calidad de la información recibida por lo que permite así la realización de procedimientos de detección y corrección de errores.

Full duplex: Se utilizan dos líneas (una transmisora y otra receptora) y se transfiere información en ambos sentidos. La ventaja de este método es que se puede transmitir y recibir información de manera simultánea.

La mayoría de los dispositivos especializados para la comunicación pueden transferir información tanto en full duplex como en half duplex (el modo simplex es un caso especial dentro de half duplex).

Estándar RS-485

Es una evolución del RS232 pero que a diferencia de ésta, donde cada línea es transmitida con voltajes positivos y negativos, éstas son transmitidas de manera diferencial, por lo que se tiene una línea D+ y otra D- (siendo D- la negación de D+), y el resultado de la resta entre las dos líneas es el bit que se transmite. Con esto se pueden implementar comunicaciones fullduplex (ambos individuos hablan

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simultáneamente) o halfduplex (sólo un individuo habla a la vez) dependiendo de la cantidad de líneas que se quiere utilizar. En caso de implementarse como halfduplex hay que considerar que dos individuos hablando en la línea provoca la destrucción de ambos mensajes.

También Podemos resumirlo como un sistema de interconexión para transmisión de datos a grandes distancias y apto para operar en ámbitos eléctricamente ruidosos. Su conexión es muy sencilla: a partir del puerto serie (COM1) de cualquier ordenador utilizando tan sólo dos circuitos integrados muy económicos y fáciles de obtener: MAX232 y MAX485. En el caso del último IC mencionado se lo suele reemplazar por el SN76156, que cumple la

misma función y es de menor coste. Si se construye un sistema pequeño de pocas terminales que utilizan este IC la diferencia monetaria es poca, pero al emplearlo en grandes cantidades el ahorro es importante.

Características Mecánicas

El estándar define conexiones con cable de par de cobre trenzado y terminales RJ11por lo cual existe mayor resistencia a la interferencia electromagnética y mayor velocidad de transmisión que con la norma RS232 [2]. Permite la conexión de hasta 32 emisores con 32 receptores en transmisión doble simultánea full dúplex capaz de enlazar procesadores de comunicación principal (master) con procesadores subordinados (slaves) cuyo funcionamiento (acceso priorizado) está definido por los mismos arreglos topológicos de las redes de datos. Los dispositivos de la norma RS-485 mantienen compatibilidad con el estándar RS-232 como se aprecia en la Figura. donde, se tiene un adaptador PCI Express

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puertos y alto rendimiento con enlaces para terminal serial RS-232.

Características Eléctricas

En la comunicación de la norma RS-485 se tiene que el emisor opera el “1” lógico a un voltaje de -1.5 a -5 Volt. el “0” lógico a la entrada del receptor en el rango de +0.2 a +12 Volt y la máxima tensión aplicada a la línea de salida es de -7 a +12 Volt. El

alcance de la transmisión está dado por la relación existente entre el volumen de los datos a transferir y el tiempo de la señal en la portadora determinado por la velocidad de transferencia de donde se obtiene que la longitud máxima del cable es de 1.200 m y la velocidad máxima de 10 Mbps que se obtiene en una distancia de 12 m.

este protocolo es usado como sistema de interconexión entre dispositivos a grandes distancias y funciona en ambientes eléctricamente ruidosos sin problema alguno. Existen dos opciones para crear una red RS-485:

Usando 4 cables, llamada en ingles

full-duplex.

Usando 2 cables, llamada half-duplex.

Comunicación RS-485 a cuatro hilos (full-duplex)

para el protocolo RS-485. Este chip es capaz de manejar la recepción y transmisión de datos con los niveles de voltaje requeridos en la especificación que se definió para el protocolo RS-485.Observe la figura, el transceptor se conecta a las terminales Tx y Rx de un dispositivo

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Conector Rs-485


serial, para así tener lista la conexión RS-485 a 4 hilos, así de simple.

Ese es el hardware necesario para la comunicación RS485 a 4 hilos, el transmisor y receptor son totalmente independientes, en un instante ambos pueden estar transmitiendo y recibiendo información, por eso es llamado “full-duplex” pues es más rápida este tipo de conexión que su contraparte, la conexión RS-485 a 2 hilos.

Comunicación RS-485 a dos hilos (half-duplex)

La otra conexión posible es la de dos hilos, en este caso se usa igual un transceptor para RS-485, pero que sea para dos hilos, la diferencia, es que a dos hilos, el transmisor y el receptor nunca están funcionando en el mismo instante, o el dispositivo transmite información o la recibe, pero nunca al mismo tiempo. Este tipo de conexión, es más lenta que usando la conexión RS-485 a 4 hilos, pero solo requerimos de dos simples cables, esa es una ventaja que hay que tener en cuenta, a la hora de diseñar el hardware. La figura siguiente muestra dos dispositivos conectados para funcionar con la especificación RS-485 a dos hilos, observe como es necesaria una línea más de control.

Como se mencionó hace un momento, la ventaja en modo “half dúplex” es evidente, requiere solamente dos cables para su

conexión, lo que ahorra en cableado, sobre todo si son largas las distancias entre los dispositivos

existe otra característica de la conexión RS-485, la posibilidad de conectar más dispositivos a la misma red, es decir, que puedo conectar a los dos hilos del RS-485 una gran cantidad de dispositivos electrónicos, anteriormente los transceptores, soportaban solamente 32 dispositivos en la misma red, ahora hay chips que soportan muchos más.Generalmente, cuando se conectan en la red varios dispositivos uno de ellos es llamado maestro y los otros esclavos, observe la figura siguiente, muestra la conexión RS-485 de dos hilos con varios esclavos, en la figura por simplicidad no se muestra el transceptor.

Aplicación

Dispositivos Usados en la Medición de Gas LP

la medición de gas LP, se uso un registro electrónico de la empresa Red Lion, un microcontrolador PIC16F648A de la empresa Microchip y como transceptor RS-485 se uso un dispositivo de la empresa Linear Technology, el LTC485, la figura siguiente muestra tales dispositivos.

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Cableado para el RS-845

Las especificaciones del estándar RS485 (cuyo nombre oficial es TIA/EIA–485-A) no determinan claramente cómo debe ser el correcto cableado de una red. Sin embargo, algunas recomendaciones pueden interpretarse dentro del texto de la norma y han sido estudiadas y ensayadas por ingenieros, tanto en forma conceptual como en función del método de prueba y error. Dichos ingenieros han llegado a delinear los conceptos que se utilizan hoy en día y que trataremos de resumir en esta sección de la nota. Dejamos bien aclarado que el método de interconexión que utilizaremos y el cable elegido no son los ideales sino que han demostrado funcionar de manera muy satisfactoria en ámbitos muy adversos y hostiles para la interconexión de sistemas de datos entre sí. Es por ello que te los recomendamos en este artículo.

Debido a que altas frecuencias intervienen en el intercambio de datos, que las distancias entre las terminales siempre son inciertas, y que los cables apropiados a utilizar no se determinan en el estándar, se acepta el uso de un par de cables trenzados comunes que tienen una impedancia aproximada de 120 Ohms. Las terminaciones inapropiadas de la línea a utilizar se traducen en reflexiones no deseadas de la señal, tal como muestran los ejemplos de los gráficos.

Ventajas del RS-485

cuando se necesita transmitir a largas distancias o con más altas velocidades que RS-232, RS-485 es la solución. Utilizando enlaces con RS-485 no hay limitación á conectar tan solo dos dispositivos. Dependiendo de la distancia, velocidad de transmisión y los circuitos integrados que utilicemos, se pueden conectar hasta 32 nodos con un simple par de cables. Ventajas de RS-485 Esta interfase tiene muchas ventajas con respecto a RS 232, entre las cuales se mencionan:

Bajo costo Los Circuitos Integrados para trasmitir y recibir son baratos y solo requieren una fuente de +5V para poder generar una diferencia mínima de 1.5v entre las salidas diferenciales. En contraste con RS-232 que en algunos casos requiere de fuentes

dobles para alimentar algunos circuitos integrados.

Capacidad de interconexión: RS-485 es una interfase multi-enlace con la capacidad de poder tener múltiples transmisores y receptores. Con una alta impedancia receptora, los enlaces con RS-485 pueden llegar a tener a lo máximo hasta 256 nodos.

Longitud de Enlace: En un enlace RS-485 puede tener hasta 4000 pies de longitud, comparado con RS-232 que tiene unos límites típicos de 50 a 100 pies.

Rapidez: La razón de bits puede ser tan alta como 10 Mega bits/ segundo.

Estándar MODBUS

El protocolo industrial Modbus fue desarrollado en 1979 para permitir la comunicación entre dispositivos de automatización. Originalmente implementado como un protocolo a nivel de

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la aplicación para transferir datos en una capa serial, el protocolo se ha expandido para incluir implementaciones a través de protocolo serial, TCP/IP y UDP (User Datagram Protocol ). Hoy en día, es un protocolo común usado por innumerables dispositivos para comunicación simple, confiable y eficiente en una variedad de redes modernas.Modbus es usado generalmente para comunicación en red tipo SCADA entre dispositivos. Por ejemplo, un servidor

grande puede ser usado para manejar un controlador lógico programable (PLC) o un controlador de automatización programable (PAC), y el PLC o PAC puede a su vez manejar un sensor, válvula, motor o cualquier otro dispositivo embebido.

Para cumplir estas necesidades, Modbus fue diseñado como un protocolo de solicitud y respuesta con un modelo flexible de datos y funciones; características que son parte de la razón por la que hoy en día aún sigue en uso.

esas son algunas de las razones por las que goza de muchísima aceptación, además de que tiene más de 30 años en la industria. Modbus como mencionamos anteriormente sigue una arquitectura de maestro y esclavo, en la que un maestro transmite una solicitud a un esclavo y espera la respuesta. Esta arquitectura brinda al maestro control completo sobre el flujo de información, lo cual tiene beneficios en redes seriales multipunto más viejas. Aún en redes TCP/IP modernas, le da al maestro un alto grado de control en el comportamiento del esclavo, lo cual es útil en algunos diseños.

Modos de Transmisión del MODBUS

Los modos de transmisión definen como se envían los paquetes de datos entre maestros y esclavos, el protocolo MODBUS define dos principales modos de transmisión:

MODBUS RTU(Remote Terminl Unit). La comunicación entre dispositivos se realiza por medio de datos binarios. Esta es la opción más usada del protocolo y es la que se implemento en nuestras tarjetas.

MODBUS ASCII (American Standard Code for Information Interchange). La comunicación entre dispositivos se hace por medio de caracteres ASCII.

Comunicación Maestro-Esclavo en MODBUS

El MODBUS siempre funciona con un maestro y uno o más esclavos, siendo el maestro quién controla en todo momento el inicio de la comunicación con los esclavos, que según la especificación pueden ser hasta 247 en una misma red. El esclavo por otro lado se limita a retornar los datos solicitados por el maestro, así de simple es la comunicación usando el MODBUS, el maestro envía los mensajes y el respectivo esclavo los responde.Cada esclavo debe tener una única dirección, así el maestro sabe con quién se debe comunicar. Vea la animación siguiente, observe cómo funciona el envió de mensajes entre el maestro y el esclavo tome en cuenta lo siguiente:

Cada esclavo tiene su propia dirección, que puede ir desde 1 hasta 247.

El maestro siempre inicia la comunicación enviando un paquete de información bien estructurado a todos los esclavos, entre otras muchas cosas en la información se incluye el número del esclavo.

El esclavo elegido responde, enviando lo que se le pide por medio también de un paquete de información bien estructurado.

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Secuencia de imágenes obtenidas de la pagina http://tecdigitaldelbajio.com/blog/27-modbus-parte-iii-que-es-el-modbus.html

En la secuencia de imágenes solo se muestra el número de esclavo, pero los

paquetes de información tiene muchos otros datos como se verá más adelante.Además recuerde que el MODBUS se realiza sobre una red RS-485, como se observa en las animaciones.

Representación de datos en MODBUS

El protocolo MODBUS usa el concepto de tablas de datos para almacenar la información en un esclavo, una tabla de datos no es más que un bloque de memoria usado para almacenar datos en el esclavo, las tablas de datos que usa en MODUS son cuatro y se muestran en la siguiente tabla:

Observe que hay dos direcciones, una es usada para diferenciar entre las tablas de datos, la llamamos dirección MODBUS y la otra es la dirección usada en la comunicación entre el maestro y el esclavo, está es la dirección usada en la trama o paquetes de datos enviados entre maestros y esclavos, en otras lecciones se hablará más de estas direcciones para que queden más claros estos conceptos. Por lo pronto solo entráramos en detalle sobre dos elementos del MODBUS, los coils y los registros Holding.

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Dirección MODBUS

Dirección Usada en

el protocolo

Nombre de la Tabla de Datos

1 - 9999 0000 – 9998 Output Coils

(Lectura/escritura)

10001 -19999 0000 – 9998 Inputs Contact

(Lectura)

30000 -39999 0000 – 9998 Inputs Registers

(Lectura)

40001 - 49999 0000 – 9998 Holding Registers

(Lectura/Escritura)


Output Coils

En MODBUS un coil representa un valor booleano típicamente usado para representar una salida, solo hay dos estados para el coil el ON y el OFF. Por ejemplo la tarjeta de relevadores usa dos coils, para activar o desactivar precisamente dos relevadores.

El coil entonces, puede verse como una celda o un bloquecito de memoria que me permite almacenar el estado de un bit, que puede tener solo dos valores como se vio arriba, el ON o el OFF, o en lógica binaria, un 1 o un 0, o más cerca de la realidad física, tierra (0 Volts) y voltaje (5 Volts), como el lector quiera verlo, eso sí debe quedar claro que son solo dos valores por cada coil.

Hablemos de las direcciones, el coil según la tabla de datos puede tener una dirección MODBUS, la cual yo elijo y según la tabla anterior, puede ser entre 1 y 9999 valores, por simplicidad, se puede elegir el coil 1 y el coil 2 para, activar o desactivar, en nuestro caso, los relevadores de la tarjeta, pero por supuesto que yo puedo elegir el coil 9998 y coil 9999, si yo así lo quisiera, cualquier dirección en ese rango se puede usar sin ningún problema.Observe la animación siguiente, muestra varias tarjetas de relevadores como esclavos y un registro electrónico como maestro.

En el intercambio de mensajes, ahora aparte de la dirección del esclavo se escribe que estado deseamos para el coil. Aunque las imágenes solo muestran los coil con el estado de ON, también se envía de la misma forma el estado OFF del coil cuando así se necesite.

Note como el esclavo responde a la

petición del maestro, colocando el coil en el estado que se le pide, pero además regresa una trama de información al maestro, que prácticamente es lo mismo que se le pidió.

Sobra decir que la trama de información enviada por el maestro y la respuesta enviada por el esclavo, son números binarios como se verá en la siguiente lección

Holding Registers

Los registros Holding, representan cantidades de 16 bits, se puede ver cada registro como un bloque o celda de memoria, que es capaz de almacenar números entre 0 y 65535.Las direcciones usadas para los registros holding inician en la dirección 40001, pero puede usarse cualquiera de las mencionadas en la tabla para los registros holding.

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Estos registros son de lectura/escritura, es decir que el maestro puede hacer peticiones de información para leer el dato que está almacenado, o puede enviar peticiones para escribirle un valor al registro holding en el momento que se requiera. En nuestras tarjetas usamos los registros Holding para almacenar el número de vueltas que va dando un encoder debido al paso de gas LP, cuando se inicia un servicio a un cliente, el encoder gira al pasar el gas, cada vuelta del encoder, hace que el registro holding 40006 aumenten en una unidad, en el momento deseado el registro electrónico puede hacer peticiones de información para saber exactamente, el valor de cada registro. Como se mostro en la animación anterior, el maestro siempre inicia las peticiones de información, el maestro puede pedir el valor de los registros holding y el esclavo entonces responde justo con el valor almacenado en el instante de la petición.

El ejemplo básico es suficiente para algunas aplicaciones; sin embargo, puede no ser suficiente para aplicaciones complicadas donde el objetivo es hablar con un sensor o Gateway. Para ayudar a disminuir esta diferencia, una aplicación de ejemplo muestra cómo usar dos maestros para comunicarse con un esclavo determinado. Si uno de los maestros falla y pierde conexión ya sea con el esclavo o con la interfaz humano-máquina (HMI), el otro maestro se hará cargo.

Estándar CAN

Originalmente, CAN (Controller Area Network, por sus siglas en inglés) fue

desarrollado por Bosch en 1985 para redes en vehículos. Previo a eso, los fabricantes automotrices conectaban dispositivos electrónicos en los vehículos utilizando sistemas de cableado de punto a punto. Sin embargo, conforme los fabricantes comenzaron a utilizar más y más dispositivos electrónicos en los vehículos, los arneses de estos subían en su peso y costo general. Al reemplazar el cableado por redes de comunicación en los vehículos, se logró reducir el costo del cable, su complejidad y su peso. CAN, un sistema de bus serial de alta integridad destinado para comunicar dispositivos inteligentes, emergió como la red estándar para vehículos. La industria automotriz adoptó rápidamente CAN y, en 1993, se convirtió en el estándar internacional conocido como ISO 11898. Desde 1994, se han estandarizado varios protocolos de alto nivel a partir de CAN, como CAN open y DeviceNet , y su uso se ha extendido a otras industrias.

el bus CAN es un protocolo serie asincrono del tipo CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Colision Dtection) el Bus es un medio compartido o sea multiplaxeado

falta informacion sobre el CAN

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taller parcial instrumentacion

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