GENERAL PRINCIPLES OF CUSTOMARY LAW
2.2 Defining customary law
El objetivo de las redes de comunicación es ofrecer servicios de transferencia de señales eléctricas entre los terminales (PC, Modem, etc.). Las señales convierten información que tiene un significado específico para los terminales que las intercambian, por lo que a menudo el término señal e información se utiliza para definir un mismo concepto. Los equipos terminales son aquellos elementos de red usados por los humanos para acceder a los servicios de transferencia de información que ofrece la red.
Las señales mas comunes que se transfieren por las redes de comunicación son: 1. Voz.
Esta es una señal que permite una representación tanto analógica como digital. La señal de voz se suele limitar en la banda de 300 – 3400 Hz, antes de ser transmitida por la red. Dentro de esta banda se encuentra la mayor parte de la información de la señal. La información contenida en la señal de voz es lo que hace que ésta sea inteligible para el usuario destino. Otra de las características de la señal de voz es que es continua en el tiempo, es decir, se refiere al hecho de que la fuente que genera la información, un ser humano en el caso de la voz, lo hace de forma continua mientras dura la conversación. Aunque esto no es estrictamente cierto, puesto que durante una conversación suelen haber intervalos de silencio, por ejemplo, entre frases e incluso entre palabras, modelizar la señal en estos términos simplifica el diseño de la red.
2. Datos.
En una primera aproximación podemos considerar que, los datos son señales digitales que contienen información mayoritariamente textual. Es bien conocido que los caracteres alfabéticos y los numéricos pueden ser codificados. Comúnmente se utiliza el octeto (7 bits por carácter mas 1 bit de paridad) para representar un bit alfanumérico, por ejemplo el código ASCII (American Standard Code for Interchange). Por tanto, son señales que al codificarse admiten una representación digital. Una de las características de este tipo de señales es que es continua en el tiempo, en muchos casos se dice que son señales con un perfil temporal a ráfagas.
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3.6.1 Red de Área Local (Local Area Network).
Las redes de área local, generalmente llamadas LAN (Local Area Network), son redes de propiedad privada dentro de un solo edificio o campus de hasta unos cuantos kilómetros de extensión. Se usan ampliamente para conectar computadoras personales y estaciones de trabajo en oficinas de compañías y fábricas con objeto de compartir recursos e intercambiar información, las LAN se distinguen de otro tipo de redes por tres características: su tamaño, su tecnología de transmisión y su topología.
Las LAN están restringidas en tamaño, lo cual significa que el tiempo de transmisión del peor caso está limitado y se conoce de antemano. Conocer este límite hace posible usar ciertos tipos de diseños que de otra manera no serían prácticos, y también simplifica la administración de la red.
Las LAN a menudo usan una tecnología de transmisión que consiste en un cable sencillo al cual están conectadas todas las máquinas, como las líneas compartidas de la compañía telefónica que solían usarse en áreas rurales. Las LAN tradicionales operan a velocidades de 10 a 100 Mbps, tienen bajo retardo (décimas de microsegundo) y experimentan muy pocos errores. Las LAN más nuevas pueden operar a velocidades muy altas, de hasta cientos megabits/seg (Mbps).
3.6.1.1 Características importantes de una LAN.
Capacidad de transmisión comprendida entre 1 Mbps y 1 Gbps.
Extensión máxima no superior a 3 km (una FDDI puede llegar a 200 km). Uso de un medio de comunicación privado.
La simplicidad del medio de transmisión que utiliza (cable coaxial, cables telefónicos y fibra óptica).
La facilidad con que se pueden efectuar cambios en el hardware y el software. Gran variedad y número de dispositivos conectados.
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3.6.1.2 Protocolos a usar (TCP/IP).
Se refiere a los dos protocolos que trabajan juntos para transmitir datos: el Protocolo de Control de Transmisión (TCP) y el Protocolo Internet (IP). Cuando envías información a través de una Intranet, los datos se fragmentan en pequeños paquetes. Los paquetes llegan a su destino, se vuelven a fusionar en su forma original. El Protocolo de Control de Transmisión divide los datos en paquetes y los reagrupa cuando se reciben. El Protocolo Internet maneja el encaminamiento de los datos y asegura que se envían al destino exacto.
3.6.1.3 Análisis para el Diseño de una Red de Área Local.
Topología:
Es simplemente visualizar el sistema de comunicación en una red es conveniente utilizar el concepto de topología, o estructura física de la red. Las topologías describen la red físicamente y también nos dan información acerca de el método de acceso que se usa (Ethernet, Token Ring, etc.). Entre las topologías conocidas tenemos.
Bus:
En una red en bus, cada nodo supervisa la actividad de la línea. Los mensajes son detectados por todos los nodos, aunque aceptados sólo por el nodo o los nodos hacia los que van dirigidos. Como una red en bus se basa en una "autopista" de datos común, un nodo averiado sencillamente deja de comunicarse; esto no interrumpe la operación, como podría ocurrir en una red en anillo
Anillo:
Se integra a la Red en forma de anillo o circulo. Este tipo de Red es de poco uso ya que depende solo de la principal, en caso de fallas todas las estaciones sufrirían.
Estrella:
Una red en estrella consta de varios nodos conectados a una computadora central (HUB), en una configuración con forma de estrella. Los mensajes de cada nodo individual pasan directamente a la computadora central, que determinará, en su caso, hacia dónde debe
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encaminarlos es de fácil instalación y si alguna de las instalaciones falla las demás no serán afectadas.
La norma EIA/TIA 568 descrita en el anexo E, específica los requerimientos mínimos para el cableado de establecimientos comerciales de oficinas. Se hacen recomendaciones para:
• Las topologías
• La distancia máxima de los cables • El rendimiento de los componentes
• Las tomas y los conectores de telecomunicaciones
3.6.1.4 Componentes.
Servidor: el servidor es aquel o aquellos ordenadores que van a compartir sus recursos hardware y software con los demás equipos de la red. Sus características son potencia de cálculo, importancia de la información que almacena y conexión con recursos que se desean compartir.
Estación de trabajo: los ordenadores que toman el papel de estaciones de trabajo aprovechan o tienen a su disposición los recursos que ofrece la red así como los servicios que proporcionan los Servidores a los cuales pueden acceder.
Gateways o pasarelas: es un hardware y software que permite las comunicaciones entre la red local y grandes ordenadores (mainframes). El gateway adapta los protocolos de comunicación del mainframe (X25, SNA, etc.) a los de la red, y viceversa.
Bridges o puentes: es un hardware y software que permite que se conecten dos redes locales entre sí. Un puente interno es el que se instala en un servidor de la red, y un puente externo es el que se hace sobre una estación de trabajo de la misma red. Los puentes también pueden ser locales o remotos. Los puentes locales son los que conectan a redes de un mismo edificio, usando tanto conexiones internas como externas. Los puentes remotos conectan redes distintas entre sí, llevando a cabo la conexión a través de redes públicas, como la red telefónica, RDSI o red de
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conmutación de paquetes.
Tarjeta de red: también se denominan NIC (Network Interface Card). Básicamente realiza la función de intermediario entre el ordenador y la red de comunicación. En ella se encuentran grabados los protocolos de comunicación de la red. La comunicación con el ordenador se realiza normalmente a través de las ranuras de expansión que éste dispone, ya sea ISA, PCI o PCMCIA. Aunque algunos equipos disponen de este adaptador integrado directamente en la placa base.
El medio: constituido por el cableado y los conectores que enlazan los componentes de la red. Los medios físicos más utilizados son el cable de par trenzado, par de cable, cable coaxial y la fibra óptica (cada vez en más uso esta última).
Concentradores de cableado: una LAN en bus usa solamente tarjetas de red en las estaciones y cableado coaxial para interconectarlas, además de los conectores, sin embargo este método complica el mantenimiento de la red ya que si falla alguna conexión toda la red deja de funcionar. Para impedir estos problemas las redes de área local usan concentradores de cableado para realizar las conexiones de las estaciones, en vez de distribuir las conexiones el concentrador las centraliza en un único dispositivo manteniendo indicadores luminosos de su estado e impidiendo que una de ellas pueda hacer fallar toda la red.
Existen dos tipos de concentradores de cableado:
1. Concentradores pasivos: actúan como un simple concentrador cuya función principal consiste en interconectar toda la red.
2. Concentradores activos: además de su función básica de concentrador también amplifican y regeneran las señales recibidas antes de ser enviadas.
Los concentradores de cableado tienen dos tipos de conexiones: para las estaciones y para unirse a otros concentradores y así aumentar el tamaño de la red. Los concentradores de cableado se clasifican dependiendo de la manera en que internamente realizan las conexiones y distribuyen los mensajes. A esta característica se le llama topología lógica. Existen dos tipos principales:
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que la red se comporte como un bus enviando las señales que les llegan por todas las salidas conectadas.
2. Concentradores con topología lógica en anillo (MAU): se comportan como si la red fuera un anillo enviando la señal que les llega por un puerto al siguiente.
3.6.1.5 Tipos de cable de conexión.
Los cables de conexión vienen en varios esquemas de cableado. El cable de conexión directa es el más común de los cables de conexión como el que se muestra en la figura
3.13. Tiene el mismo esquema de cableado en los dos extremos del cable. Por lo tanto, el
pin de un extremo se conecta al número de pin correspondiente en el otro extremo.
Estos tipos de cables se usan para conectar los PC a la red, al hub o al switch. Cuando se conecta un dispositivo de comunicaciones como un hub o switch a un hub o switch adyacente, por lo general se utiliza un cable de interconexión cruzada. Los cables de interconexión cruzada utilizan el plan de cableado T568-A en un extremo y el T568-B en el otro.
Figura 3.13. Cable de conexión UTP con conectores RJ45.
3.6.1.6 Código de color para cuatro pares.
Los cables para comunicaciones tienen un código de colores para identificar cada par. El código de colores es el mismo para todos los cables de telecomunicaciones de América del
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Norte. El uso de los códigos de colores asegura uniformidad en la identificación de cada par del cable. Cada par coloreado del cable está asociado a un número específico.
En la mayoría de los cableados para datos y voz se utilizan cables UTP. Estos cables tienen cuatro pares de hilos trenzados en cada cable. El código de color para los cuatro pares es el siguiente:
• Par 1 – Blanco-Azul /Azul.
• Par 2 – Blanco-Anaranjado /Anaranjado. • Par 3 – Blanco-Verde /Verde.
• Par 4 – Blanco-Marrón /Marrón.
Figura. 3.14. Esquemas de cableado TIA/EIA-568-A y TIA/EIA-568-B.
En la figura 3.14 se muestra que el par 1 siempre está ubicado en los pines 4 y 5 en un conector o jack de 8 pines. El par 4 siempre está ubicado en los pines 7 y 8 en un conector o jack de pines. Los otros pares tienen diferente apariencia según el esquema de colores utilizado. Para la configuración cruzada del cable UTP se utilizan los dos esquemas T568A en un extremo de dicho cable y T568B en el otro extremo.
Siempre deberá utilizarse T568A o T568B para este esquema de cableado. Nunca deberá crearse un nuevo esquema de cableado ya que cada cable tiene un fin específico. Si el cableado no estuviera conectado correctamente, los dispositivos que se encuentran conectados en ambos extremos no podrán comunicarse o experimentarán un rendimiento sumamente degradado.
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encuentra en una ubicación específica en un conector o jack. Los pares de color son siempre los mismos. Por ejemplo, el par 2 es siempre el par blanco/anaranjado. Sin embargo, en un jack RJ-45, el par 2 puede conectar los pines 3 y 6 o los pines 1 y 2 según se utilice T568A o T568B.
3.6.1.7 Tomas y jacks RJ-45.
Los jacks RJ-45 son jacks de 8 conductores diseñados para aceptar conectores RJ-45 o RJ- 11. En la Figura 3.15 se muestra un jack RJ-45. Los jacks deben cablearse de acuerdo con los estándares T568A o T568B como los mostrados en la figura 3.14. Las tomas RJ-45 tienen ocho pines que podrán adaptarse con hasta cuatro pares de hilos. Como sucede con las tomas y jacks RJ-11, el par 1 siempre termina en los pines centrales, que son los pines 4 y 5. El par cuatro o el par blanco/marrón siempre terminan en los pines 7 y 8. Los pares 2 y 3 pueden diferir según el plan de cableado. Si se aplica T568B, el par 2, o el par blanco/anaranjado termina en los pines 1 y 2. El par 3 o par blanco/verde termina a los pines 3 y 6. Si se aplica T568A, se invierten los pares 2 y 3. Por lo tanto, el par 2 termina en los pines 3 y 6 mientras que el par 3 termina en los pins 1 y 2. El extremo del cable horizontal en el área de trabajo se termina usualmente en un jack RJ-45 a menos que se use un punto de consolidación.
Figura 3.15. Jack RJ-45
3.6.1.8 Red LAN del proceso bacterinas.
La red de Area Local del proceso bacterinas mostrada en la figura 3.16 es de topologia BUS, en la cual estan conectadas dos estaciones, una para operación y una para monitoreo remoto. Ademas en dicha red esta conectado un PLC del tipo CPX de la marca Festo a
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través de un concentrador BUS. Cada uno de los elementos de Red antes mencionados tienen un puerto de comunicación denominado Ethernet.
La comunicación (transferencia de datos) se realiza mediante el Protocolo de Control de Transmisión (TCP) y el Protocolo Internet (IP). El cable para la transmisión de datos es del tipo UTP de par trenzado y utiliza un estándar T568B en los dos extremos de sus tomas (conector RJ45).
Un cable UTP de la Red está conectado desde PLC CPX de Festo hasta un Switch Ethernet y otro cable UTP que proviene del mismo Switch que se interconecta a una PC denominada estación de operación, la cual tiene asignada una dirección IP fija con numero 192.168.0.101.
El PLC CPX de Festo es configurado con una dirección IP 192.168.0.100.
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3.6.1.9 Configuración de la Red LAN del proceso bacterinas.
Configurar la red de la computadora manualmente desde Windows XP mediante el siguiente procedimiento:
a) Abrir la carpeta “Mis sitios de red” en el menú de Inicio, dar click en el link que dice “Ver conexiones de red”.
b) En la carpeta de “Conexiones de red” dar click con el botón derecho del Mouse en donde dice “Conexiones de área local”, y en el submenú que se abre dar click en propiedades.
c) En la ventana mostrada en la figura 3.17, elegir la opción que dice “Protocolo de Internet (TCP/IP)”, luego se da click en “Propiedades”.
Figura 3.17 Ventada de propiedades de conexión de área local.
d) En la pantalla de “Propiedades de Protocolo Internet (TCP/IP)” mostrada en la
figura 3.18, marcar las opciones “Usar la siguiente dirección IP”, y “Usar la
mascara de subred”, La dirección IP configurada en cada elemento de la red LAN, es asignada de acuerdo al siguiente criterio:
o Dirección IP para PLC CPX de Festo: 192.168.0.100. o Dirección IP para Estación de operación 1: 192.168.0.101. o Dirección IP para Estación de operación 2: 192.168.0.102.
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Figura 3.18. IP de área local
e) Dar click en aceptar, y en la pantalla de “Propiedades de conexión de área local” darle click en aceptar.
f) Efecto de la Máscara de subred sobre la red de la computadora:
La máscara de subred es un código numérico que forma parte de la dirección IP (Dirección de una computadora usada en internet) de los computadores, tiene el mismo formato que la dirección IP, pero afecta sólo a un segmento particular de la red.
Se utiliza para dividir grandes redes en redes menores, facilitando la administración y reduciendo el tráfico inútil, de tal manera que será la misma para ordenadores de una misma subred.
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Figura 3.19. Mascara de subred.
3.6.1.10 Configuración de la dirección IP del PLC CPX de Festo.
Para configurar la dirección IP para el PLC CPX de Festo, se conecta el cable serial al puerto RS232 de la PC y se ejecuta al software de programación llamado FST.
a) En el software FST se ingresa al parámetro “driver configuration” y se selecciona “Open” como se muestra en la figura 3.20.
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b) En la ventana de “Open” con click izquierdo seleccionar el “Insert Driver”.
Figura 3.21. Nuevo driver. c) Seleccionar el driver TCPIPFC2.
Figura 3.22. Selección nuevo driver. d) Asignar una dirección IP.
Figura 3.23. Asignar una dirección IP al nuevo driver. e) Descargar el programa en el PLC y la dirección IP queda configurada.
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3.6.2 Red Industrial para instrumentos de campo HART.
El protocolo HART (Highway – Addressable – Remote - Transducer) fue desarrollado inicialmente por Rosemount Inc. y agrupa la información digital sobre la señal analógica típica de 4 a 20 mA DC. La señal digital usa dos frecuencias individuales de 1200 y 2200 Hz, que representan los dígitos 0 y 1 y que forman una onda senoidal que se superpone al lazo de corriente de 4-20 mA.
La interface que se interconecta para hacer uso del protocolo HART mostrado en la figura
3.24, permite la comunicación digital bi - direccional con instrumentos inteligentes sin
perturbar la señal analógica de 4-20mA. Ambas señales, la analógica 4-20 mA y las señales de comunicación digital HART pueden ser transmitidas simultáneamente sobre el mismo cable.
El éxito de este protocolo y la aceptación obtenida en el entorno industrial se debe a las ventajas que ofrece al usuario, y a su fácil implementación sobre los sistemas de control existentes basados en 4-20 mA.
Figura 3.24. Comunicación digital HART superpuesta a la señal analógica de 4-20mA.
3.6.2.1 Fundamento de HART.
El protocolo HART utiliza el estándar Bell 202 FSK (Codificación por Cambio de Frecuencia) para superponer las señales de comunicación digital al bucle de corriente 4-20 mA, como se muestra en la Figura 3.25. La información binaria es representada mediante
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una señal de dos frecuencias distintas. Un cero lógico es representado por una frecuencia de 2200 Hz, mientras un uno lógico es representado por una frecuencia de 1200 Hz. Estos tonos se superponen a la señal de continua, y como la señal de AC tiene un valor promedio cero, la señal de continua no es afectada como se muestra en la figura 3.25.
Figura 3.25. Comunicación digital HART superpuesta a la señal analógica de 4-20mA.
El protocolo HART permite la comunicación digital en los dos sentidos de forma que es posible enviar información adicional a la variable de proceso transmitida hacia o desde un instrumento de campo inteligente. En la figura 3.26 se muestra que la variable de proceso