PROTOCOLOS DE COMUNICACIONES INDUSTRIALES

PROTOCOLOS DE COMUNICACIONES INDUSTRIALES

TUTOR

ALEXANDER FLOREZ

PRESENTADO POR:

JHON MARIO CASTAÑO ROJAS

COD. 7728320

ALEJANDRO ENRIQUE ALTAMAR ORTIZ

COD. 8486632

LUIS ERNESTO SUÁREZ PUERTO

COD. 7226420

FERNANDO RAFAEL JIMENEZ

COD.

GENER CABALLERO MADARIAGA

COD. 6795103

GRUPO

208021_2

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA

ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA

2012

TABLA DE CONTENIDO

1. INTRODUCCION.

2. OBJETIVOS.

3. PROTOCOLOS DE COMUNICACIONES INDUSTRIALES.

4. CONCLUSIONES.

5. BIBLIOGRAFIA.

1. INTRODUCCION

Dentro de los temas propuestos en el desarrollo del curso, en la segunda unidad encontramos redes industriales de comunicación, conociendo la historia o el inicio de la redes, las diferentes redes y sus protocolos, equipos, etc.

En este informe del segundo trabajo colaborativo se presenta un tutorial de 5 protocolos de comunicaciones industriales, descritas en el módulo del curso, adicionando una investigación mas profunda del tema..

Posteriormente se presentan algunas observaciones y conclusiones dadas durante el estudio de cada protocolo.

2. OBJETIVOS

Se propone como objetivo el desarrollo de un tutorial de 5 protocolos de comunicación industrial, mediante una investigación y documentación final.

3. PROTOCOLOS DE COMUNICACIÓN

3.1 PROTOCOLO MODBUS.

Se debe iniciar diciendo que el protocolo surgió a partir de la creación de los PLC. El PLC (Control Lógico Programable) apareció con el propósito de eliminar el enorme costo que significaba el reemplazo de un sistema de control basado en relés (relays) a finales de los años 60. La empresa Bedford Associates (Bedford, MA) propuso un sistema al que llamó Modular Digital Controller o MODICON a una empresa fabricante de autos en los Estados Unidos.

El MODICON 084 fue el primer PLC producido comercialmente. Este nuevo controlador (el PLC) tenía que ser fácilmente programable, su vida útil tenía que ser larga y ser resistente a ambientes difíciles.

A mediados de los años 70, la AMD 2901 y 2903 eran muy populares entre los PLC MODICON.

La habilidad de comunicación entre ellos apareció aproximadamente en el año 1973. El primer sistema que lo hacía fue el Modbus de Modicon.

En los años 80 se intentó estandarizar la comunicación entre PLCs con el protocolo de automatización de manufactura de la General Motors (MAP).

El último estándar (IEC 1131-3) ha intentado combinar los lenguajes de programación de los PLC en un solo estándar internacional.

Ahora se tiene PLCs que se programan en función de diagrama de bloques, listas de instrucciones, lenguaje C, etc. al mismo tiempo. También se ha dado el caso en que computadoras personales (PC) han reemplazado a PLCs.

La compañía original que diseño el primer PLC (MODICON) ahora crea sistemas de control basados en PC.

El protocolo de comunicaciones industriales MODBUS y debido a que es público, relativamente sencillo de implementar y flexible se ha convertido en uno de los más populares en sistemas de automatización y control. A parte de que muchos fabricantes utilizan este protocolo en sus dispositivos, existen también versiones con pequeñas modificaciones o adaptadas para otros entornos ( como p.ej JBUS o MODBUS II ).

MODBUS funciona siempre en modo maestro-esclavo ( cliente - servidor ), siendo el maestro ( cliente ) quien controla en todo momento las comunicaciones con los esclavos que pueden ser hasta 247. Los esclavos ( servidores ) se limitan a retornar los datos solicitados o a ejecutar la acción indicada por el maestro.

Situado en el nivel 7 del Modelo OSI, donde se identifican 3 capas: nivel de capa física, nivel de capa de enlace, nivel de capa de aplicación.

MODBUS especifica el procedimiento que el controlador y el esclavo utilizan para intercambiar datos, el formato de estos datos, y como se tratan los errores. No especifica estrictamente el tipo de red de comunicaciones a utilizar, por lo que se puede implementar sobre redes basadas en Ethernet, RS-485, RS-232 etc.

Quien desee realizar una implementación precisa de MODBUS deberá recurrir a la documentación oficial de MODICON o a la documentación especifica del fabricante de los equipos con los que va a comunicar.

3.1.1 Describir las características técnicas más importantes del protocolo de comunicación.

En Modbus los datos pueden intercambiarse en dos modos de transmisión: en Modo RTU y en Modo ASCII. El Modo RTU, algunas veces denominado Modbus-B (por Modbus Binario), es el tipo más común y es el que describiremos a continuación. En el modo de transmisión ASCII los mensajes generalmente son de duración casi del doble que en el modo de transmisión RTU. En modo ASCII los bytes se envían codificados en ASCII, es decir, que por cada byte a transmitir se envian dos caracteres ASCII ( 2 bytes ) con su representación hexadecimal ( esto permite leer las tramas con un simple editor de texto ). En modo RTU se envían en binario, tal cual. En el modo ASCII las tramas comienzan por 3AH (carácter ':'), y terminan en 0DH-0AH (CR LF Carrier Return Line Feed) y cada byte se envía como dos caracteres ASCII. En modo RTU no se utiliza indicador de inicio y final de trama.

Comparación de caracteristicas entre modo ASCII y RTU.

Variaciones del protocolo

Todas las implementaciones presentan variaciones respecto al estándar oficial. Algunas de las variaciones más habituales son:

• Tipos de Datos

• Coma Flotante IEEE

• Entero 32 bits

• Datos 8 bits

• Tipos de datos mixtos

• Campos de bits en enteros

• Multiplicadores para cambio de datos a/de entero. 10, 100, 1000, 256 ...

• Extensiones del Protocolo

• Direcciones de esclavo de 16 bits

• Tamaño de datos de 32 bits (1 dirección = 32 bits de datos devueltos.)

La versión Modbus/TCP es muy semejante al formato RTU, pero estableciendo la transmisión mediante paquetes TCP/IP.

Modbus Plus (Modbus+ o MB+), es una versión extendida del protocolo y privativa de Modicon. Dada la naturaleza de la red precisa un coprocesador dedicado para el control de la misma. Con una velocidad de 1 Mbit/s en un par trenzado sus especificaciones son muy semejantes al estándar EIA/RS-485 aunque no guarda compatibilidad con este.

Características (Modo RTU):

• Control por Conteo de Caracteres.

• Transmisión FDX/HDX asincrónica.

• Carácter Básico NRZ de ocho dígitos de información (transmitidos como dos caracteres hexadecimales de cuatro dígitos).

• Un módulo Maestro puede controlar hasta 247 módulos remotos.

• Operación en Modo de Respuesta Normal (NRM).

• Se puede conectar en Topología en Estrella.

• Interfaces de Capa Física: RS-232D, RS-422A, RS-485, o lazo de 4- 20mA.

• Velocidades de Transmisión: 1200 a 19200 bps.

• La máxima distancia entre estaciones depende del nivel físico, pudiendo alcanzar hasta 1200 m sin repetidores.

• Medios de Transmisión: par trenzado, cable coaxial, radio frecuencia.

• Diferentes tipos de modem aceptan el protocolo, wireless, GPRS.

La comunicación del maestro hacia los esclavos puede ser de dos tipos:

• “peer to peer”: en que se establece comunicación “maestro - esclavo”, el maestro solicita información y el esclavo responde (se envía el comando a un dispositivo comprendido entre las direcciones 1d i 247d).

• “broadcast”: en que se establece comunicación “maestro - todos los esclavos”, el maestro envía un comando a todos los esclavos de la red sin esperar respuesta (se envía a la dirección @0d).

Como se puede ver, la secuencia básica en las comunicaciones MODBUS consiste siempre en una trama de pregunta, seguida de su correspondiente trama de respuesta:

- Pregunta: con el código de función que indica al esclavo que operación ha de realizar, y los bytes necesarios ( datos, comprobación … ) para su ejecución.

- Respuesta: con la confirmación o datos resultantes de la ejecución de la función.

Existe algún caso concreto, en que hay más de una trama de respuesta para una trama de pregunta, como p.ej. cuando el maestro envía una operación cuya respuesta puede llevar al esclavo un tiempo elaborar. En estas situaciones el esclavo envía una primera respuesta indicando que aún no tiene los datos y tardará un tiempo en disponer de ellos, y otra segunda con los datos o confirmación de la operación.

Descripción de los códigos de operación o función más frecuentes

Los siguientes códigos son algunos de los códigos de función MODBUS más extendidos, soportados por todos los dispositivos que cumplen con las especificaciones del estándar (controladores de MODICON):

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