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Durante todo el año recibimos muchos mail, pidiéndonos información para realizar trabajos sobre autómatas. Así que ahora es el momento para recordaros que necesitamos de vuestra colaboración enviándonos los que ya habéis presentado.
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«Reproducción del Cuaderno Técnico nº 147 de Schneider Electric» Tutorial de redes 2ª Parte El BUS de terreno dedicado a la GTB (Gestión Técnica del Edificio) ofrece la posibilidad de cablear o precablear un edificio a un bajo coste, conectar numerosos equipos «inteligentes» y permite crear aplicaciones adaptadas a las necesidades, además, modificables. Estos equipos inteligentes son termostatos, captadores de radiación solar, aparamenta electromagnética, aparatos de control de fluídos (agua, gas, aire,–), motores, detectores de intrusión, cámaras frigoríficas, sistemas de ascensores, calefacción, etc–. No es necesario que este BUS de terreno tenga prestaciones muy elevadas, pero sí es importante que sea fácil de instalar por un instalador electricista, y bajo coste. Hay una diferenciación entre el BUS de terreno del campo del proceso y del dominio informático: la gran cantidad de información a transportar. Las uniones con los niveles superiores (mando-control, supervisión) están aseguradas por redes ya empleadas en otros campos, como por ejemplo la Ethernet, JBUS o FIP (figura 7). El campo de la Gestión Técnica de la Electricidad está en plena evolución. Tanto en MT como en BT, hay numerosas tareas que puede realizar la aparamenta según el principio de inteligencia repartida. Esta aparamenta ha de intercambiar informaciones con los «cuadros centrales». A título de ejemplo, permite:
- preventivo (conocimiento del número de maniobras, de sobretemperaturas o recalentamientos, de evolución de los aislamientos, ...), - curativo (ayuda al diagnóstico, a la recuperación, ...). Esta actividad de la GTE (Gestión Técnica de la Electricidad) es comparable, por sus exigencias respecto a la comunicación, a la de GTB (Gestión Técnica de Edificios. Las redes mejor adaptadas son aquéllas cuyo protocolo permite un acceso al BUS cuando es necesario (figura 8). Observación: Siempre es interesante llegar a un buen equilibrio entre las cualidades técnicas y la necesidad real. Si éste no es el caso, las prestaciones inútiles, si bien agradan el espíritu del técnico puro, son contrarrestadas por un coste poco aceptable por el mercado (figura 9).
Fig. 7: Niveles de comunicación en Gestión Técnica de Edificios.
Fig. 8: Niveles de comunicación en Gestión Técnica de Electricidad.
Fig. 9: Relación prestaciones/coste de las diferentes redes.
4 Especificación de redes locales En el capítulo 2, ya se explicó que la comunicación entre varios exige algunas reglas: necesita hablar sin ambigüedades, el mismo lenguaje, tener un vocabulario común y un comportamiento bien definido. Por ejemplo, es el caso de las comunicaciones marítimas, aeronáuticas y militares: «Papa Charlie de Romeo Bravo, ¿su QFE?». El modelo OSI Una red y su lenguaje deberán pues estar bien definidos y admitidos oficialmente; de ahí la importancia de la normalización en este campo (anexo 1). Un organismo internacional, el ISO, (International Standard Organization), ha definido el modelo OSI. (Open System Interconnection). Este modelo define cómo se efectúa la transferencia del mensaje entre un emisor y un receptor. Se basa en un desglose en 7 etapas o niveles funcionales superpuestos (figura 1 0). Un nivel representa un subconjunto de funciones a aplicar para permitir que diferentes sistemas puedan comunicarse entre sí. Cada nivel ofrece unos servicios al nivel superior y utiliza los servicios del inferior. A cada nivel se le asocian uno o varios protocolos, descritos por normas básicas (figura 1 0). Este desglose en niveles permite separar las tareas y describir de una manera sencilla las sucesivas operaciones necesarias para la transferencia de mensajes: El nivel 1, FÍSICO, transmite una sucesión de bits en el medio. El nivel 2, ENLACE, controla los accesos al BUS y detecta los errores de transmisión. El nivel 3, RED, maneja las posibles rutas de la información en la red, a través de eventuales subsistemas. El nivel 4, TRANSPORTE, controla la correcta transferencia de todas las informaciones. El nivel 5, SESIÓN, organiza y sincroniza de principio a fin el diálogo entre los usuarios. El nivel 6, PRESENTACIÓN, determina la presentación de datos y permite, eventualmente, la codificación y decodificación de los mensajes. El nivel 7, APLICACIÓN, determina el mecanismo de utilización de los servicios de la red, por parte de los usuarios. El ejemplo de una conversación telefónica entre un francés y un japonés permite presentar los niveles comentados (figura 11):
Fig. 10: Modelo Open System Interconnection -OSI-.
Fig. 11: Ilustración del modelo Open System Interconnection.
El servicio prestado por el sistema es la transmisión de la conversación. Para ello, dicho servicio hace participar varios protocolos: el comportamietno al teléfono, la numeración, la transmisión física controlada por los servicios nacionales de telecomunicación– Observación: el modelo OSI no permite resolver todos los problemas de intercambio, de ahí la necesidad de la elaboración de unas «normas» de acompañamiento específicas a cada tarea u oficio (tema y vocabulario comunes). Tres niveles esenciales: 1, 2 y 7 Las diferentes redes utilizan en parte o en su totalidad las funciones descritas anteriormente. Los niveles esenciales son: 1, 2 y 7, que son los dos extremos de la cadena, desde el soporte físico y hasta el usuario; también realizan los principales mecanismos internos (figura 12).
(Fig 12) Ejemplo de trama ( trama JBUS ) Nivel 1 (Físico): Define las topologías aceptadas, el modo de emisión y el soporte de transmisión.
(Fig 13) Diferentes topologías
La transmisión de las informaciones puede ser hecha en banda base (Base Band) o por portadora:
La señal elaborada por el codificador no experimenta ninguna transformación antes de ser emitida sobre el soporte (figura 14 esquema a),
Muy frecuentemente utilizado en el ámbito de la radio, este modo de emisión emplea las técnicas de modulación de amplitud (AM), de modulación de frecuencia (FM) o de modulación de fase. Pero entonces se trata de informaciones en forma analógica y no numérica. En el caso de redes locales, estos mecanismos se utilizan muy poco (figura 14, esquema c).
(Fig 14) Ejemplos de modos de transmisión de las comunicacionwes.
El par trenzado es, en la mayor parte de los casos, el soporte de transmisión más sencillo. Nota: Para los «BUS», que son cada vez más empleados por los electricistas en instalaciones de Gestión Técnica de Edificios (GTB) y de Gestión Técnica de la Electricidad (GTE), se dan informaciones de tipo eléctrico en el anexo 2. Nivel 2 (Enlace de datos) Controla el acceso a la red. Define el método de acceso al BUS y detecta los errores de transmisión.
Fig. 15: Tabla comparativa de las principales redes. Observaciones: Ethernet (802,3) no define normalmente más que los niveles 1 y 2. Otros protocolos (OSI, TCP/IP, Decnet–) se implantan generalmente en los niveles superiores. Las redes en tiempo real destinadas al control de equipos sólo utilizan los niveles 1, 2 y 7. El acceso al BUS puede ser controlado por un equipo único, que concede el tiempo de palabra a los demás (por ejemplo en forma de pregunta). Este tipo de mecanismo, empleado por FIP o JBUS, se considera entonces como Maestro/ Esclavo o centralizado, condicionado por un derecho. La condición de acceso se llama «testigo»: su poseedor puede emitir un mensaje y a continuación transmitir el testigo al equipo siguiente. Es un mecanismo de tipo semicentralizado. Se emplea Profibus, y todavía en MAP, aleatorio o descentralizado. El equipo que quiere emitir verifica que la línea está libre. Si dos equipos toman la palabra a la vez, habrá colisión. El nivel ENLACE define la conducta a seguir: prioridad a uno de los dos emisores o retransmisión tras un retardo aleatorio. Estos mecanismos de acceso corresponden a los protocolos CSMA (Carrier Sense Multiple Access). Se emplean especialmente en Ethernet y en BatiBUS. El nivel 2 controla también si el mensaje que llega de la red está bien direccionado (ignora los demás). Define los mecanismos de direccionamiento; éste puede ser directo (dirección personal) o para grupo físico o lógico (por cable o por ciudad) o en modo difusión (para todos los buzones), el nivel 2 controla, en suma, la correcta transmisión del mensaje: define los mecanismos del intercambio garantizando al emisor de un mensaje que el receptor lo ha recibido bien. Nivel 7 (Aplicación) Según las posibles aplicaciones de una red, se proponen diferentes servicios a los usuarios (mensajería, transferencia de ficheros, –). El nivel 7 determina los mecanismos de empleo de estos servicios. Recordemos que el usuario puede ser un operador humano o un programa informático, incluso un automatismo muy sencillo. A título de ejemplo, la norma ISO/IEC- MMS (Manufacturing Message Specifications) define un conjunto de servicios de mensajería:
Para cada una de las redes JBUS/ MODBUS y FIP se definen servicios específicos a nivel de aplicaciones: Una red de automatismos como la JBUS/MODBUS define servicios de aplicación que permiten intercambios entre autómatas. Las informaciones en general están constituidas por algunos octetos. Los diferentes programas de automatismo tienen un conocimiento «a priori» de su significado. Los servicios ofrecidos especificamente por JBUS/MODBUS son los siguientes:
Permite:
Los intercambios se basan en la emisión por «árbitro» del BUS hacia todas las estaciones, de una llamada (identificador) destinada a UN único abonado productor y a todos los consumidores interesados, una respuesta emitida por ESTE abonado hacia todas las estaciones y utilizable por TODAS las estaciones que estén interesadas (consumidores).
Estos servicios son accesibles bien a través de menús o bien manejados por el ordenador de manera transparente.
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