OBSERVATION
A. DISSECTION METHOD:
La transmisión asíncrona se transmite o recibe a través de caracteres bit por bit, añadiéndole bit de inicio y bit que indica el fin del paquete de datos. El BIT de inicio indica al dispositivo receptor que sigue un Terminal de datos; y el bit de término indica que el Terminal ha finalizado la transmisión. De esta manera se separan los paquetes de datos que se envían y se reciben; y se sincronizan la unidad transmisora y receptora para tales acciones. La transmisión asíncrona es menos compleja dado que la información de sincronización forma parte de cada Terminal. Con esta transmisión, los caracteres pueden enviarse a intervalos variables o de forma continua, con la única condición de que el transmisor y el receptor emitan a la misma velocidad.
Los protocolos asíncronos están orientados a caracteres, que son los caracteres únicos de control de enlace de datos, como por ejemplo el fin de transmisión (EOT) e inicio de texto (STX) garantizan la misma acción o hacen la misma función, sin importar donde estén durante la transmisión. En consecuencia, se debe tener cuidado para asegurar que las secuencias de bit para los caracteres de control de enlace de datos, no se presenten dentro de un mensaje, a menos que sean para ejecutar sus funciones asignadas de enlace de datos. El único tipo de detección de errores que usan los protocolos asíncronos es la verificación de redundancia vertical, y para corregir errores se usan sustitución de símbolos y ARQ (retransmisión).
En los protocolos asíncronos en general, cada estación secundaria se limita a un solo par Terminal/Impresora. A este arreglo de impresión se le llama independiente. Con la configuración independiente, todos los mensajes que se transmiten o se reciben en
la pantalla de la terminal también se imprimen. Así, la impresora genera una sola copia en papel de todas las transmisiones. Además del modo de vigilancia de línea, una estación remota puede estar en cualquier de los tres modos de operación: transmisión, recepción y local. Desde luego que una estación secundaria esta en modo de transmisión siempre que haya sido designada maestra.
La secuencia de interrogación en la mayoría de los protocolos asíncronos es bastante sencilla, y suele consistir en mandar uno o dos caracteres de control de enlace de datos después de una dirección de interrogación de estación.
Los protocolos de datos síncronos más usados son el sistema de llamada selectiva de Western Electric (8ª1/8B1), y el protocolo de enlace de datos asíncronos de IBM (83B). En esencia, ambos protocolos contienen el mismo conjunto de procedimientos.
3.5.2 PROTOCOLOS SÍNCRONOS
En el tipo de transmisión síncrona se usa él envió de un grupo de caracteres en un flujo continuo de bits. Para lograr la sincronización de los dispositivos transmisor y receptor, ambos deben de proveer una señal de reloj que establece la velocidad de transmisión de datos, además de habilitar los dispositivos conectados a los módems para identificar los caracteres apropiados mientras estos son transmitidos o recibidos. Antes de iniciar la comunicación ambos dispositivos deben establecer una sincronización entre ellos, para esto, antes de enviar los datos, se envía un grupo de caracteres especiales de sincronía; una vez lograda la sincronía, se procede a transmitir los datos.
A diferencia de la transmisión asíncrona, la transmisión síncrona no necesita emplear bits de principio y final para delimitar cada uno de los caracteres, lo que la
Maestro Esclavo
En los protocolos síncronos una estación secundaria puede tener mas de erminal /impresora. Al grupo de dispositivos se le llama unidad de asignación. Una sola unidad de control de línea LCU puede dar servicio a un máximo de 50 dispositivos terminal/impresora. Los protocolos síncronos están orientados a la transmisión de caracteres o bits. El protocolo orientado a caracteres de uso más frecuente es el BSC o bisync (comunicaciones sincronías binarias. 3270); de IBM, y el de más uso orientado a bits BOP (bit-oriented protocol) en el SDLC (synchronous data link control) también de IBM.
3.5.3 MODBUS
Modbus es un protocolo de comunicaciones basado en la arquitectura maestro/esclavo o cliente/servidor, diseñado en 1979 por la compañía Modicon para su gama de controladores lógicos programables (PLCs). Con el paso del tiempo se ha convertido en el protocolo de comunicaciones estándar por excelencia. En la industria es el que goza de mayor disponibilidad para la conexión de dispositivos electrónicos industriales. Modbus permite el control de una red de dispositivos, como ocurre en un sistema de medida de temperatura y humedad, y comunicar los resultados a una computadora. También se usa para la conexión de una computadora de supervisión con una unidad remota (RTU) en sistemas de supervisión y adquisición de datos (SCADA).
Fig. 2.29 Protocolo Modbus.
Las razones por las cuales el uso de Modbus es superior a otros protocolos de comunicaciones son: es público, su implementación es fácil y requiere poco desarrollo, y maneja bloques de datos sin suponer restricciones.
Maestro Esclavo
Este protocolo define una estructura de mensajes que los dispositivos reconocen y les permite comunicarse dentro de la red. Además describe el proceso que usa un controlador (maestro) para pedir acceso a otro dispositivo (esclavo), la forma de responder a las peticiones de otros dispositivos y cómo se detectan y notifican los errores. Así también establece un formato común para la disposición y contenido de los mensajes.
Dentro de los dispositivos maestros más comunes se encuentran los procesadores centrales y los paneles de programación. Algunos esclavos típicos son los PLC‟s y los inversores o drivers.
Durante la comunicación dentro de la red, Modbus determina cómo el controlador direccional a cada dispositivo o identifica un mensaje diseccionado a éste por parte del dispositivo esclavo. Una vez identificado, determinará el tipo de acción a tomar y extraerá cualquier dato o información contenida en el mensaje. Si se requiere una repuesta, el controlador la construirá y la enviará utilizando el mismo protocolo.
Como se dijo anteriormente, la comunicación dentro de las redes Modbus se realiza por medio de la técnica maestro/esclavo, en la cual sólo un dispositivo controlador (maestro) puede iniciar la comunicación (peticiones). Los otros dispositivos (los esclavos) responden suministrando al maestro el dato solicitado, o realizando la acción solicitada en la petición.
El maestro puede direccional esclavos individualmente o puede generar un mensaje en modo de difusión a todos los esclavos. Los esclavos responden a las peticiones que les son diseccionadas individualmente.
Modbus establece el formato para la petición del maestro, colocando en ella la dirección del esclavo, un código de función que define la acción solicitada, cualquier dato que deba enviarse y un campo de comprobación de error. La estructura del mensaje de respuesta del esclavo está también definida por este protocolo. Dicha estructura contiene los campos confirmando de la acción tomada, cualquier dato que haya de devolverse y un campo de comprobación de error. Si el mensaje recibido por el esclavo es defectuoso o el esclavo es incapaz de realizar la acción solicitada, construirá un mensaje de error y lo enviará como respuesta.
Fig. 2.31 Ciclo Petición-Respuesta.
En lo referente al código de función en la petición, el maestro indica al dispositivo esclavo diseccionado, el tipo de acción a realizar. Los bytes de datos contienen cualquier información adicional que el esclavo necesitará para llevar a cabo la función. El campo de datos debe contener la información que indique al esclavo en qué registro debe comenzar y cuántos han de leer. El campo de comprobación de
error proporciona un método para que el esclavo valide la integridad del contenido del mensaje recibido.
Si el esclavo responde de manera normal, el código de función contenido en la respuesta es una réplica del código de función enviado en la petición. Los bytes de datos contienen los datos recolectados por el esclavo, tales como valores de registros o estados. Si ocurre un error, el código de función contenido en la respuesta es diferente al código de función enviado en la petición, para indicar que la respuesta es una respuesta de error y los bytes de datos contienen un código que describe el error. El campo de comprobación de error permite al maestro confirmar que los contenidos del mensaje son válidos.
Modbus define dos modos de transmisión: RTU (Remote Terminal Unit) que es una representación binaria compacta de los datos; y ASCII (American Satandard Code for Information Interchange) es una representación legible del protocolo pero menos eficiente. Ambas implementaciones del protocolo son del tipo serie. Los usuarios podrán (en ciertos equipos) seleccionar el modo deseado, junto con los parámetros de comunicación del puerto serie (velocidad, paridad, etc.), durante la configuración de cada controlador. El modo y los parámetros serie deben ser los mismos para todos los dispositivos conectados a una red Modbus. La selección de cualquiera de los dos modos tiene que ver únicamente con redes Modbus estándar y básicamente se caracterizan por definir los bits contenidos en los campos del mensaje transmitido en forma serie en esas redes y por determinar cómo debe ser empaquetada y decodificada, la información en los campos del mensaje.
3.5.5 MODO ASCII
Cuando los controladores se configuran para comunicar en una red Modbus usando el modo ASCII cada mensaje se envía como un carácter ASCII estándar (7 bits). La
Sistema de codificación: Hexadecimal, caracteres ASCII 0-9, A-F Un carácter hexadecimal contenido en Cada carácter ASCII del mensaje.
Bits por bytes: 1 bit de arranque.
7 bits de datos, el menos significativo se envía primero.
1 bit para paridad Par o Impar, ningún bit para No paridad.
1 bit de paro si se usa paridad; 2 bits si no se usa paridad.
Campo de Comprobación de error: Comprobación Longitudinal
Redundante (LRC).
3.5.6 MODO RTU
Cuando los controladores se configuran para comunicar en una red Modbus usando el modo RTU (Remote Terminal Unit), cada byte de 8 bits contiene dos dígitos hexadecimales de 4 bits. La principal ventaja de este modo es que permite mayor densidad de caracteres mejorando el rendimiento con respecto al modo ASCII para la misma velocidad. Cada mensaje debe ser transmitido en un flujo continuo. El formato para cada byte en modo RTU es:
Sistema de codificación: Binario 8 bits, hexadecimal 0-9, A-F Dos dígitos hexadecimales contenidos en Cada campo de 8 bits del mensaje.
Bits por byte: 1 bit de arranque.
8 bits de datos, el menos significativo se Envía primero.
1 BIT para paridad Par o Impar, ningún BIT para No paridad.
Campo de Comprobación de error: Comprobación Cíclica Redundante (CRC)
Un mensaje consiste en una secuencia de caracteres que puedan ser interpretados por el receptor. Esta secuencia de caracteres define la trama. Para sincronizar la trama, los dispositivos receptores monitorizan el intervalo de tiempo transcurrido entre caracteres recibidos. Si se detecta un intervalo mayor que tres veces y media el tiempo necesario para transmitir un carácter, el dispositivo receptor ignora la trama y asume que el siguiente carácter que recibirá será una dirección.
El campo dirección es el primero de la trama después del tiempo de sincronización. Indica el dispositivo al que va dirigido el mensaje. Cada dispositivo de la red debe tener asignada una dirección única, diferente de cero. Igualmente, cuando un dispositivo responde a un mensaje, debe enviar en primer lugar su dirección para que el master reconozca la procedencia del mensaje.
En cualquiera de los modos de transmisión serie (ASCII o RTU), un mensaje Modbus es situado por el dispositivo que transmite, en una trama que tiene un comienzo y un final conocidos. Esto permite a los dispositivos receptores comenzar en el arranque del mensaje, leer la parte de la dirección y determinar qué dispositivo es direccionado (o todos los dispositivos si es una difusión dirección cero) y conocer cuándo se ha completado el mensaje. Mensajes parciales pueden ser detectados y establecer errores como resultado.
En la trama del modo ASCII, los mensajes comienzan con un carácter (: dos puntos) que corresponde al ASCII 3A hex. y terminan con un par de caracteres (CRLF, Retorno de Carro + Avance de Línea) que corresponden al ASCII 0D hex. y 0A hex. Los caracteres a transmitir permitidos para todos los demás campos son 0-A, A-F hexadecimal.
Los dispositivos conectados monitorizan el bus de red continuamente para detectar
un carácter „dos puntos‟. Cuando se recibe, cada dispositivo decodifica el próximo
campo (de dirección) para enterarse si es el dispositivo direccionado. Pueden haber intervalos de hasta un segundo entre caracteres dentro del mensaje. Si transcurre más tiempo entre caracteres, el dispositivo receptor asume que ha ocurrido un error.
Fig. 2.32 Trama de mensaje típica en modo ASCII
En la trama del modo RTU, los mensajes comienzan con un intervalo silencioso de al menos 3.5 tiempos de carácter. Esto es mas fácilmente implementado como un múltiplo de tiempos de carácter a la velocidad de transmisión configurada en la red (T1-T2-T3-T4). El primer campo transmitido es la dirección del dispositivo destinatario y los caracteres a transmitir permitidos para todos los campos son 0-9 y de A-F hexadecimal.
ARRANQUE DIRECCION FUNCION DATOS COMPROBACION
LRC
FINAL
1 carácter ( : 2 puntos)
2 caracteres 2 caract. N caract. 2 caracteres 2 caract. CRLF
Los dispositivos conectados en la red monitorizan el bus de red continuamente incluso durante los intervalos silenciosos. Cuando el primer campo (de dirección) es recibido, cada dispositivo lo decodifica para enterarse si es el dispositivo direccionado. Siguiendo al último carácter transmitido, un intervalo de al menos 3.5 tiempos de carácter señala el final del mensaje y un nuevo mensaje puede comenzar después de este intervalo.
La trama completa debe ser transmitida en un flujo continuo. Si un intervalo silencioso de más de 1.5 tiempos de carácter tiene lugar antes de completar la trama, el dispositivo receptor desecha el mensaje incompleto y asume que el próximo byte será el campo de dirección de un nuevo mensaje. De forma similar, si un nuevo mensaje comienza antes de que transcurran 3.5 tiempos de carácter después de un mensaje previo, el dispositivo receptor lo considerará una continuación del mensaje previo. Esto dará lugar a un error, ya que el valor en el campo final CRC no será válido para el mensaje combinado.
Fig. 2.33 Trama de mensaje típica en modo RTU
Cada dispositivo de la red Modbus posee una dirección única. Cualquier dispositivo puede enviar órdenes, aunque lo habitual es permitirlo sólo a un dispositivo maestro. Cada comando Modbus contiene la dirección del dispositivo destinatario
START ADDRESS FUNCTION DATA CRC
CHECK
END
Los comandos básicos Modbus permiten controlar un dispositivo RTU para modificar el valor de alguno de sus registros o bien solicitar el contenido de dichos registros.
3.5.7 VARIACIONES
Todas las implementaciones presentan variaciones respecto al estándar oficial. Algunas de las variaciones más habituales son:
Tipos de Datos
o Coma Flotante IEEE o entero 32 bits
o datos 8 bits
o tipos de datos mixtos o campos de bits en enteros
o multiplicadores para cambio de datos a/de entero. 10, 100, 1000, 256
...
Extensiones del Protocolo
o direcciones de esclavo de 16 bits
o Tamaño de datos de 32 bits (1 dirección = 32 bits de datos
4 DESARROLLO DEL SOFTWARE
5 EVALUACION TECNICA Y ECONOMICA
El desarrollo del software basado en visual Basic ha diversificado su oferta de una manera amplia, dado que han aparecido numerosos estándares para su implementación industrial. A pesar de tratarse de instrumentación virtual, cada programa suele estar impulsado por una necesidad diferente
Esta instrumentación virtual (desarrollo de software) debe ser de bajo costo y tiempo real para permitir la transmisión de las PC con el módulo de adquisición de datos y la interconexión de los controladores con todos los dispositivos de entrada y salida, tener un bajo costo de instalación y de conexión, poder recuperarse rápidamente de eventos anormales en la red.
La principal ventaja que ofrece la instrumentación virtual con la tradicional y la que lo hace más atractivo a los usuarios es la reducción de costos. El ahorro proviene fundamentalmente en economía y seguridad.
En muchos procesos en donde se manejan líquidos contenidos en recipientes, tal como columnas de destilación, hervidores, evaporadores, cristalizadores, o tanques mezcladores el nivel en particular de un líquido en un recipiente puede ser extremadamente significativo para la buena operación de un proceso.
Por ejemplo, un nivel muy alto pudiera trastornar el equilibrio de una reacción química, causando daño al equipo o derramando un material costoso de la misma forma, un nivel muy bajo puede originar consecuencias desagradables.
Además de las condiciones anteriores, existe una tendencia en procesos continuos hacia la disminución en la capacidad de almacenamiento. Esto reduce el costo inicial del equipo, pero también acentúa la necesidad para controladores de nivel de líquidos más precisos y sensibles.
Para el operador, la información de esta variable es vital en cuanto a:
o La cantidad de materia prima disponible para el proceso:
o Capacidad de almacenamiento disponible para el producto que se esta
elaborando:
o Y la operación satisfactoria, o peligrosa para el proceso.
Comparación entre los instrumentos tradicionales y los virtuales. Instrumentación tradicional
o Definido por el proveedor
o Posee una función específica lo que conduce a tener una baja capacidad de
interacción
o Se basa en el hardware
o El costo de adquisición es alto
o Tecnología base estable (ciclo de vida: 5 a 10 años) o Mínima economía de escala
o costo de desarrollo o mantenimiento elevado.
Instrumentación virtual o Definida por el usuario
o Sistemas, orientados a la aplicación, con capacidad de de interactuar con
redes, periféricos y otras aplicaciones
o Se basa en el software o Bajo costo reprogramadle
o Tecnología base en constante desarrollo (ciclo de vida: 1 a2 años) o Máxima economía de escala
o El uso del software minimiza los costos de desarrollo y mantenimiento
El costo de la implementación de esta investigación se representa en la siguiente tabla
PARTIDA COSTO
programa y licencia de Visual Basic $15,000 Computadora básica (pc) $10,000 Tarjeta de adquisición de datos $10,000 Desarrollo del software (horas de
ingeniería )
$35000
Costo total del proyecto $52000
Como resultado natural de la evolución en la tecnología de comunicaciones se tiene el cambio en la instrumentación para las pruebas y medidas en el mercado de la automatización industrial, con el fin de reducir costos sin necesidad de sacrificar funcionamiento.
6 CONCLUSIONES
Con la investigación realizada por nuestros medios y alcances se llega a concretar que cada día hay que estar actualizados con lo más novedoso en la tecnología.
desde un simple proceso hasta la automatización de una planta y sus procesos. La ayuda de este software disminuye en mucho los esfuerzos del hombre por alcanzar lo propuesto.
El auge de la instrumentación virtual ha dado lugar a una nueva forma de trabajo, donde todos los procesos buscan ligarse de una manera simultánea..
7 REFERENCIAS
Instrumentación Básica Industrial Juan Oliver Rosas
Ingeniería de control moderna 4° edición Katsuhiko Ogata Prentice Hall Instrumentación industrial 4° edición Antonio Creus
Alfa Omega Marcombo