Electiva Sistemas Distribuidos (página 3)

La trama se forma por concatenación de los datos
de cada estación. De forma física se realiza
mediante un registro. Cada dispositivo se une al anillo mediante
un registro cuya longitud depende de la cantidad de
información que debe transmitir. Los datos provenientes de
las distintas estaciones van llegando al master en función
de su posición dentro del anillo. Cada ciclo de
transmisión comienza con una secuencia de datos que
contiene la palabra de loopback seguida de los datos de salida de
los distintos dispositivos, en la línea de salida. Durante
el envío de datos, el flujo de retorno entra el maestro
como flujo de entrada. Tras el envío de la trama completa,
se envía un CRC de 32 bits. Debido a la estructura de
conexiones punto a punto, el cálculo siempre se hace entre
cada dos nodos, por lo que no es necesario dar una vuelta
completa al anillo. Por último se envía una palabra
de control para indicar el estado de cada dispositivo
(detección de errores de transmisión, etc.). Si no
hubo errores comienza un nuevo ciclo, como se ve en el esquema de
la figura 18.

Además de los ciclos de datos, también hay
ciclos de identificación. Este ciclo permite la
administración del bus. Cada dispositivo tiene un
código de identificación que indica el tipo de
dispositivo de que se trata, y el tamaño de su bloque de
datos. La configuración del bus se lleva a cabo por una
secuencia de ciclos de identificación en los que el
maestro comienza a leer en orden, la identificación de los
dispositivos conectados. En función de estas lecturas se
configura la trama que circulará en el ciclo de datos.
Desde el punto de vista físico INTERBUS funciona
según un procedimiento asíncrono de arranque y
parada. Se envía una cabecera que contiene
información adicional como por ejemplo los delimitadores
de trama, código de función y tipo de mensaje,
junto con ocho bits de datos adicionales. Los momentos de
inactividad se ocupan con mensajes de estado. No contienen datos
de la capa de enlace y sólo sirven para garantizar una
actividad permanente en el medio de transmisión. Si dicha
actividad se interrumpe durante más de 20 ms, se
interpreta por todos los dispositivos como una caída del
sistema. En respuesta a esta situación, los dispositivos
se desconectan de la red y van a un punto seguro definido con
antelación.

La tercera de las capas de INTERBUS
corresponde la capa de aplicación.

En el maestro se ejecuta de forma cíclica un
programa que actualiza continuamente los datos correspondientes a
los distintos procesos conectados a la red, y los deja accesibles
para el sistema de control, de modo que por ejemplo un PLC puede
acceder a ellos de forma sencilla mediante instrucciones de
entrada/salida. El uso de técnicas de acceso directo a
memoria evita el uso de servicios que necesitan grandes bloques
de datos, lo que facilita la consecución del tiempo real.
El acceso desde ordenadores se realiza mediante
drivers.

INTERBUS implementa en la capa de
aplicación un subconjunto de servicios basados en
MMS que se denomina PMS (Peripherals Message
Specification). Incluye unos 25 servicios que
permiten la comunicación con dispositivos de proceso
inteligentes. Estos servicios permiten por ejemplo el
establecimiento y monitorización de conexiones, lectura y
escritura de parámetros o la ejecución remota de
programas.

5.7 CAN: CONTROLLER AREA NETWORKING

CAN es un bus de comunicaciones serie estandarizado por
ISO, que fue desarrollado inicialmente a finales de los 80 para
la industria del automóvil. En su especificación
básica, se exigía alta velocidad, alta inmunidad al
ruido y capacidad para la detección de cualquier tipo de
error. Con el tiempo, CAN ha pasado de la industria
automovilística a la fabricación y a la industria
aeronaútica.

Los protocolos definidos por CAN se ajustan a la
especificación OSI. CAN define sólo las dos capas
más bajas: física y de enlace. Otras redes como SDS
o DeviceNet proporcionan especificaciones de la capa de
aplicación sobre la base de CAN.

El medio físico consiste en un cable de par
trenzado con los terminadores adecuados. En la
especificación básica de CAN, la velocidad
máxima de transmisión es de 250 Kbps, mientras que
en la versión ampliada alcanza velocidades de 1
Mbps.

La implementación básica de CAN presenta
un fuerte acoplamiento entre la CPU y el controlador CAN (que
implementa los protocolos de capa física y de enlace). Los
mensajes son difundidos por toda la red y son comprobados por la
CPU de cada una de las estaciones que la forman. Este tipo de
funcionamiento disminuye el aprovechamiento de la velocidad de
transmisión de la red. En la versión conocida como
"Full CAN", el controlador de red incorpora un filtro de
selección de mensajes en base a un campo de
identificación. De esa forma la CPU sólo
recibirá aquellos mensajes que le interesen. Philips es el
principal líder de la versión básica de CAN,
mientras que Intel y Siemens lideran la versión
completa.

Full CAN permite dos tamaños distintos de
identificadores de mensajes: la versión A permite
identificadores de 11 bits (2032 identificadores) figura 19,
mientras que la versión extendida (B) tiene
identificadores de 29 bits, figura 20 .

La capa de enlace define el formato y la
temporización usada para la transmisión de los
mensajes. Las tramas CAN tiene dos bytes descriptores y hasta 8
bytes de datos. Los descriptores definen la prioridad de los
mensajes y su tipo. El primer campo, o campo de arbitraje
está formado por los 11 bits del identificador (en tramas
tipo A) y el bit RTR. Si RTR vale 0, indica que se trata de una
trama de datos, mientras que si vale 1 indica que se trata de una
petición de datos. En ese caso, el campo de datos
indicará los bytes que formarán la
respuesta.

Fig. 19:

Fig. 20:

El campo de control está formado por 6 bits. Los
bits r1 y r0 están reservados para futuras ampliaciones
del protocolo. Los cuatro bits que forman el DLC indican el
número de bytes que forman la trama de datos y que van a
continuación.

El campo de datos contiene de cero a ocho bytes. El bit
más significativo de cada byte es el primero que se
transmite. A continuación hay un campo de CRC, que
contiene un código de redundancia cíclica de 15
bits y un bit delimitador que siempre vale 1. El campo de acuse
de recibo consiste en dos bits. El primer bit se envía a 1
y es puesto a cero por las estaciones que reciben correctamente
el mensaje. El segundo es un bit delimitador que vale 1. El
delimitador de final de trama consiste en 7 bits a 1. Tras cada
trama hay un período de tres bits (deben estar a 1),
destinado a dar un tiempo mínimo a las estaciones a
prepararse para la recepción o envío de otro
mensaje.

Las tramas de tipo B se diferencian en el campo de
arbitraje. En este caso hay un primer grupo de 11 bits similar al
de las tramas de tipo A, y que actúa como valor base del
identificador. La segunda parte del identificador (18 bits) es la
extensión del identificador. Para distinguir ambos
formatos, la trama tipo B incorpora dos bits que separan los dos
trozos del identificador. El primero es el bit SRR (Substitute
Remote Request). Se envía siempre a 1 para dar prioridad a
las tramas de datos estándar de tipo A con el mismo
identificador base. El bit IDE que sigue al bit SRR se
envía siempre a 1, y permite distinguir tramas tipo A y
tipo B.

Fig. 21: mecanismo de accse al
medio

Una característica fundamental de CAN es que
cuanto menor sea el identificador del mensaje mayor es su
prioridad. Si dos nodos intentan transmitir
simultáneamente, el primero que envíe un cero
cuando el otro intente enviar un 1 obtendrá el acceso al
medio, ya que el valor cero es dominante frente al valor 1. Como
cada estación es capaz de monitorizar el medio
físico, podrá detectar si su trama ha sido
sobrescrita por otra de mayor prioridad (que permanece
inalterada). La estación que no ha podido enviar el
mensaje, reintentará el envío en cuanto detecte un
período de inactividad, como puede verse en la figura 21.
Las ventajas de este mecanismo de acceso son la
minimización del retardo en el acceso al no tener que
esperar por el turno como sucede en un sistema de paso de
testigo, y la mejora de la eficiencia al evitar las colisiones
destructivas. Los mensajes son enviados por orden de
prioridad.

Un bus CAN puede tener un máximo de 32 nodos. El
número de mensajes por segundo varía entre 2000 y
5000 en un bus de 250 Kbps, según el número de
bytes por mensaje. Aunque se ha dicho que CAN se basa en un medio
físico de par trenzado, también existen interfaces
para la conexión mediante fibra óptica. El
método más común es el par trenzado, de modo
que las señales se envían mediante una diferencia
de tensión entre los dos hilos. Los hilos reciben los
nombres de CAN_H y CAN_L, y en estado inactivo la diferencia de
tensión entre ambos es de 2.5 V. Un '1' se envía
colocando CAN_H a más tensión que CAN_L, mientras
que un cero se envía colocando CAN_L a más
tensión que CAN_H. El uso de tensiones diferenciales
permite el uso de CAN incluso si una de las líneas
está dañada, o en ambientes muy
ruidosos.

5.8 Comparación de los casos
estudiados

Para finalizar la sección 5 se presenta la tabla
4 donde se muestra en forma resumida los parámetros
más importantes de las distintas redes de
comunicación de sistemas de control estudiadas.

Tabla 5

Conclusiones

A lo largo de la presente monografía se pudo
observar en primer lugar la ventaja que presenta los sistemas de
control distribuidos frente a los centralizados ya que los
distribuidos permite la ejecución de rutinas de control en
paralelo, ejecutadas por algún controlador inteligente
(PC/PLC o microcontrolador). También se pudo observar que
las características de las características
especiales que deben tener los protocolos de comunicación
para el uso en el control donde generalmente se usa solo 3 o 4
capas, según el caso, del clásico modelos de 7
capas de OSI (Física, Enlace , Presentación y
Aplicación ), para acotar los tiempos se intercambio de
mensajes entre equipos.

También pudo verse que al igual que en los
sistemas distribuidos de computadoras, cuando el volumen de
información intercambiada es grande y no se requiere un
respuesta en tiempo real o cuasi real las tramas intercambiadas
son de mayor tamaño. En cambio cuando es critico el tiempo
de entrega de una paquete de información el protocolo debe
trabajar con tramas pequeña sin ser crucial el control de
errores e estas.

Siempre en este trabajo se trato de ser abstracto en la
explicaciones de las distintas tecnología existentes, cosa
que resultó muy difícil ya que si bien del tema
existe infinidad de información, esta es especifica de
cada fabricante, y no existe muchas normas de aplicación
general sobre protocolos de comunicación. Si bien esto
puede verse con claridad que todos los fabricantes apuntan a
darles a sus productos características propias de los
sistemas distribuidos como:

• Escalabilidad, que implica la posibilidad
de ampliarlo sin dificultades, y a voluntad, sin que esto
signifique algún perjuicio para la estructura
preinstalada.

• Apertura : Software y hardware que
permitan interconexiones de distintos proveedores y soluciones
particulares para cada caso.

• Concurrencia: básicamente que se
pueda realizar rutinas de control simultáneamente en toda
la planta.

• Tolerancia a fallas, con la
inclusión de redundancia de comunicación y
operativa de modo que ni el control ni la comunicación
entre equipos fallen o reduciendo al mínimo esta
posibilidad.

Bibliografía

[1] "The Measurement and Automation"
catalog 2004 National Instrumentets

[2] Revista "Instrumentación y
Control Automático" nº 122 [3]
"EtherNet/IP" Rockwell automation Noviembre
2000

[4] "NetLinx" Rockwell automation
Noviembre 2002 [5] "Latinoamericana Advance" Siemens
2004

[6] "Sistemas De Control " Carmen
D'Sousa www.monografias.com

[7] "Tecnologías y actividades de
estandarización para la interconexión de
Industrial

Networks" Alcatel para
Fundación AUNA

[8] "Comunicaciones Industriales"
Autores: V.Sempere, J. Silvestre, J.A. Martínez

Editiorial : SPUPV (SPUPV-2002.213)
Año:2002

Autor:

Juan Pablo Ferrari
F-1694/2

Año 2005