REDES AS-i - MICRO Automación

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071
MICRO CAPACITACIÓN
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REDES AS-i
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MICRO
Automación Micromecánica s.a.i.c
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Tel. Ventas: 011 4227 0595 y líneas rotativas . Fax: 011 4206 6281
Conmutador: 0114206 6285 y líneas rotativas . Fax: 011 4206 0228
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PREFACIO
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En el presente mundo globalizado, la información tiene un valor importantísimo. Las
comunicaciones tienen que ser eficientes y ágiles para aumentar la productividad
de los distintos grupos de trabajo. Comunicaciones entre personas, máquinas, y
máquinas - personas.
Actualmente, las redes industriales son muy exigidas en cuanto a su velocidad y confiabilidad. Son un eslabón destacado en el conocimiento del funcionamiento de la
planta, fabricación y en la interacción de ésta con los sistemas de administración.
Es nuestro objetivo divulgar los conocimientos básicos de redes, y en particular el funcionamiento de una de ellas, las redes AS-i (Interfase Sensor Actuador), asimismo
exponer algunas de sus aplicaciones en la industria.
En MICRO, a través de los cursos de capacitación, pretendemos crear un espacio de formación y entrenamiento en el área de la automatización industrial, para estudiantes, profesores, operadores, técnicos e ingenieros que decidan completar la propia formación.
El diseño del manual está elaborado con criterios eminentemente prácticos, para facilitar un estudio ágil y actualizado de cada uno de los temas.
El objetivo de éste y de todos los cursos MICRO es ofrecer un sistema de aprendizaje dinámico e interactivo de clases teórico-prácticas, en el cual el alumno avance en
la especialidad, ejecutando de una forma práctica los conocimientos desarrollados en
las clases teóricas. Siempre con una visión real y profesional, para poder aplicar estos
conocimientos a las necesidades de su empresa, tanto en el campo de mantenimiento, como en el de producción.
Esperamos haber construido una herramienta que les permita apropiarse significativamente del nuevo saber.
Para contribuir al logro de los objetivos reseñados, sus comentarios al final del curso
serán de inestimable utilidad.
Departamento de Capacitación
[email protected]
www.micro.com.ar
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MICRO
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CURSO 071
Redes AS-i
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
2
2.1
2.2
3
3.1
3.2
3.3
3.4
4
4.1
4.2
4.3
5
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
5.9
5.10
Buses de campo
Introducción a los buses de campo
El Modelo ISO/OSI
Buses de Campo Existentes
Topología - Estructura de la red
Redes de difusión
Modelos de comunicación
Control de acceso al medio
Reconocimiento de errores
Medios físicos de transmisión
Par trenzado
Cable Coaxial
Fibra óptica
Comunicación por radio o satélite
Actuador Sensor Interfase
Capa Física
Capa de enlace de datos. Data link layer
Capa de Aplicación
AS-i Schneider
Recordatorio
Presentación de los principales elementos del bus AS-Interface
Características principales del bus AS-Interface V2
Descripción de los componentes del módulo master del bus AS-Interface:
TWDNOI10M3
Características técnicas del módulo TWDNOI10M3 y del bus AS-Interface V2
Cableado y conexiones
Botones y modos de funcionamiento del módulo TWDNOI10M3
Modos de funcionamiento del módulo master AS-Interface
Panel de visualización del módulo AS-Interface TWDNOI10M3+
Diagnóstico del bus AS-Interface
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INDICE
6.14
Puesta en Marcha
Bus As-Interface V2
Descripción funcional general
Principios de instalación del software
Descripción de la pantalla de configuración del bus AS-Interface
Configuración del bus As-Interface
Descripción de la pantalla de depuración
Modificación de la dirección de un esclavo
Actualización de la configuración del bus As-Interface en modo conectado
Direccionamiento automático de un slave As-Interface V2
Inserción de un equipo slave en una configuración As-Interface V2 existente
Sustitución automática de un slave As-Interface V2 que presenta un fallo
Direccionamiento de las entradas y salidas asociadas a los equipos slaves
conectados al bus As-Interface V2
Programación y diagnóstico del bus As-Interface V2
Modo de funcionamiento del módulo de interfaz del bus As-Interface V2
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Micro Capacitación
6
6.1
6.2
6.3
6.4
6.5
6.6
6.7
6.8
6.9
6.10
6.11
6.12
6.13
7
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MICRO
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Buses de campo
Introducción
En la industria, el uso de computadoras digitales aplicadas al control automático evoluciona desde un único computador supervisando algunos controladores analógicos
a complejos sistemas que interrelacionan múltiples procesadores. Estos procesadores comprenden controladores PID mono y multiplazo, estaciones de operación,
PLCs, transmisores inteligentes, cromatógrafos, sistemas de inventario de playa de
tanques, etc., integrados en una o varias redes de datos de tiempo real, también denominadas redes de control de procesos.
Por otra parte, las plantas industriales cuentan en muchos casos con sistemas de
computadoras a fin de satisfacer sus necesidades administrativas y gerenciales.
Denominamos red administrativa a este sistema.
Aparece como evidente que la integración de ambas redes facilitaría la administración de todo el negocio, como la compra de materias primas, el proceso de producción, la venta de productos, el pago de sueldos, etc.
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BUSES DE CAMPO
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Surgen dos áreas para la implementación de redes en las que participan los equipos
digitales de control de procesos: la integración de estos equipos entre sí y la integración de estos equipos con la red administrativa.
La integración de equipos digitales de control de procesos en una red de datos en
tiempo real que presenta problemas de diversa índole. Consideramos el caso de los
Sistemas de Control Distribuido (DCS). Si bien estos tienen varias redes como parte
de su arquitectura, su diseño es propiedad del proveedor, sin que el usuario pueda
disponer de su especificación.
La integración de controladores unilazo con una PC es un problema de naturaleza
distinta. En este caso, el usuario accede a todos los aspectos de la implementación
de la red; y debe analizar aspectos tales como la respuesta en tiempo real del sistema, ya que ésta no es garantizada por el diseño del sistema.
Lamentablemente no existe una norma de comunicaciones para la transmisión de
datos en tiempo real que haya alcanzado un alto grado de difusión. A pesar de ello
varias normas emergentes intentan llenar este vacío como MAP, SP50 etc.
Ante la variedad de opciones existente, parece razonable pensar que fabricantes y
usuarios hicieran un esfuerzo en la búsqueda de normativas comunes para la interconexión de sistemas industriales.
Lo que ha venido llamándose “la guerra de los buses” tiene que ver con la permanente confusión reinante en los entornos normalizadores en los que se debate la especificación del supuesto “bus de campo universal”.
Desde mediados de los años ‘80 la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC-CEI)
y la Sociedad de Instrumentación Americana (ISA) ha sido escenario del supuesto
esfuerzo de los fabricantes para lograr el establecimiento de una norma única de bus
de campo de uso general.
En 1992 surgieron dos grupos: el ISP (Interoperable Systems Project) y WorldFIP,
cada uno promoviendo su propia versión del bus de campo. En el primer grupo estaban fabricantes como Siemens, Fisher-Rosemount, Foxboro y Yokogawa. En el segundo Allen-Bradley, HoneyWell, Square D y diversas empresas francesa.
En 1994 ambos grupos se unieron en la Fieldbus Foundation. El debate se trasladó
luego, y continúa en la actualidad, a la conjunción de Fieldbus y el mundo Profibus.
Los años pasan, la norma del supuesto bus universal nunca se acaba de generar y en
el camino aparecen nuevas opciones como CAN, LonWorks, Ethernet.
Incluso el debate es confuso y totalmente incomprensible, otras empresas participantes en el debate generaban en paralelo soluciones propias, es el caso de Allen-Bradley
con DeviceNet y HoneyWell con SDS. La realidad es que sólo los usuarios están realmente interesados en la obtención de normas de uso general. Los fabricantes luchan
por su cuota de mercado y, en general, sólo están a favor de una norma cuando ésta
recoge las características de su propia opción, lo cual es comprensible dadas las fuertes inversiones necesarias para el desarrollo de un bus industrial normalizado.
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MICRO
1.1
Introducción a los Buses de Campo
Un bus de campo es un sistema de transmisión de información (datos) que simplifica
enormemente la instalación y operación de máquinas y equipamientos industriales utilizados en procesos de producción.
El objetivo de un bus de campo es sustituir las conexiones punto a punto entre los elementos de campo y el equipo de control. Típicamente son redes digitales, bidireccionales, multipunto, montadas sobre un bus serie, que conectan dispositivos de campo
como PLCs, transductores, actuadores y sensores.
Cada dispositivo de campo incorpora cierta capacidad de proceso, que lo convierte en
un dispositivo inteligente, manteniendo siempre un costo bajo. Cada uno de estos elementos será capaz de ejecutar funciones simples de diagnóstico, control o mantenimiento, así como de comunicarse bidireccionalmente a través del bus.
El objetivo es reemplazar los sistemas de control centralizados por redes de control
distribuido, mediante el cual permita obtener información adicional y mejor, durante los
tiempos de proceso; para obtener mejor calidad de producto, reducir los costos y mejorar la eficiencia, reducir los tiempos de instalación, planeamiento y comienzo de obra,
eliminar las interrupciones rápidamente, mantener los ahorros potenciales para la instalación y costo de parada de una máquina o una planta. Para ello se basa en que la
información que envían y/o reciben los dispositivos de campo es digital. Además, cada
dispositivo de campo es un dispositivo inteligente y puede llevar a cabo funciones
propias de control, mantenimiento y diagnóstico. De esta forma, cada nodo de la red
puede informar en caso de fallo del dispositivo asociado, y en general sobre cualquier
anomalía asociada al dispositivo. Esta monitorización permite aumentar la eficiencia
del sistema y reducir la cantidad de horas de mantenimiento necesarias.
1.1.1
Ventajas de los Buses de Campo
La principal ventaja que ofrecen los buses de campo, y la que los hace más atractivos
a los usuarios finales, es la reducción de costos.
El ahorro proviene fundamentalmente de tres fuentes: ahorro en costo de instalación,
ahorro en el costo de mantenimiento y ahorros derivados de la mejora del funcionamiento del sistema.
Una de las principales características de los buses de campo es su significativa reducción en el cableado necesario para el control de una instalación. Cada componente
sólo requiere un cable para la conexión de los diversos nodos. Se estima que puede
ofrecer una reducción de 5 a 1 en los costos de cableado.
En comparación con otros tipos de redes, dispone de herramientas de administración
del bus que permiten la reducción del número de horas necesarias para la instalación
y puesta en marcha.
El hecho de que los buses de campo sean más sencillos que otras redes de uso
industrial como por ejemplo MAP, hace que las necesidades de mantenimiento de la
red sean menores, de modo que la fiabilidad del sistema a largo plazo aumenta.
Además, los buses de campo permiten a los operadores monitorizar todos los dispositivos que integran el sistema e interpretar fácilmente las interacciones entre ellos.
De esta forma, la detección de las fuentes de problemas en la planta y su corrección
resulta mucho más sencilla, reduciendo los costos de mantenimiento y el tiempo de
parada de la planta.
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BUSES DE CAMPO
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Los buses de campo ofrecen mayor flexibilidad al usuario en el diseño del sistema.
Algunos algoritmos y procedimientos de control, que en los sistemas de comunicación tradicionales debían incluirse en los propios algoritmos de control, radican ahora
en los propios dispositivos de campo, simplificando el sistema de control y sus posibles ampliaciones.
También hay que tener en cuenta que las prestaciones del sistema mejoran con el
uso de la tecnología de los buses de campo, debido a la simplificación en la forma
de obtener información de la planta desde los distintos sensores. Las mediciones
de los distintos elementos de la red están disponibles para todos los demás dispositivos. La simplificación en la obtención de datos permitirá el diseño de sistemas
de control más eficientes.
Con la tecnología de los buses de campo, se permite la comunicación bidireccional
entre los dispositivos de campo y los sistemas de control, pero también entre los propios dispositivos de campo.
1.2
El Modelo ISO/OSI
En 1997 la Organización Internacional de Normalización dio los primeros pasos para
desarrollar la arquitectura de una red que permitiera una comunicación sencilla y eficiente entre computadoras de distintos proveedores.
A medida que avanzaban los estudios se vio la conveniencia de dividir los aspectos
relacionados con comunicaciones en 7 capas, cada una con una función definida.
El modelo desarrollado por ISO se conoció como Interconexión de Sistemas Abiertos
(Open System Interconnection, OSI).
Cada una de las 7 capas maneja problemas distintos. Es importante destacar que
este modelo define una estructura de comunicación con funciones determinadas,
pero no establece cómo esas funciones son cumplidas.
Por lo tanto, un protocolo que respete el modelo ISO/OSI respetará la división en 7
capas de sus funciones, pero esto no significa necesariamente que la especificación
de cada capa está disponible a quién la requiera.
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MICRO
Nivel 1: Físico (Physical Layer)
El nivel físico define las características mecánicas, eléctricas y funcionales para establecer y liberar conexiones físicas, que permiten transmitir bits entre extremos de un
medio físico.
Se entiende por características mecánicas a la forma y tamaño de los conectores, cantidad de circuitos y detalles del medio físico.
Algunas características eléctricas son los niveles de tensión utilizados para representar las señales lógicas, impedancias de los conductores, etc.; entre las características
funcionales encontramos la velocidad de transmisión y la función de cada circuito.
La capa física determina la topología (forma de conexión entre estaciones) y el medio
físico. El diseño de la capa física debe asegurar que cuando se envía una señal lógica
(1 ó 0) por un extremo del medio físico, se la obtenga sin errores en el otro extremo.
Un ejemplo clásico de nivel físico es la norma RS232.
Nivel 2: Enlace (Data Link Layer)
Mientras que la capa física transmite una sucesión de ceros y unos, la capa de enlace
debe asegurar el envío y recepción de tramas entre estaciones. Dentro de la capa de
enlace hay dos subcapas: la de Control de Acceso al Medio (Media Access Control) y
la de Control Lógico de Línea (Line Logical Control LLC).
La función de Control de Acceso al Medio (MAC) es definir el procedimiento por el cual
varias estaciones acceden al uso de un medio físico compartido, sin que se produzcan
interferencias entre ellas. Existen para ello varios métodos, algunos de los cuales son:
- Maestro-esclavo.
- Paso de testigo en bus.
- Paso de testigo en anillo.
- Acceso múltiple con detección de portadora y colisiones.
El Control Lógico de Línea (LLC) establece los procedimientos para una transmisión
libre de errores, incluyendo el chequeo de tramas. Por ello implementa métodos como
el bit de paridad transversal y longitudinal, o un código de redundancia cíclico (CRC).
Adicionalmente incluye un servicio de transmisión y confirmación de recepción de tramas, definiendo la relación que establecen las estaciones antes y después de enviar la
trama (aviso de conexión y recepción).
Nivel 3: Red (Network Layer)
Esta capa agrega la información requerida para el manejo de paquetes en una red con
múltiples caminos. En este caso, existen más de un camino posible para que un mensaje vaya de una estación a otra. Por lo tanto, es necesario definir procedimientos para
seleccionar el camino que seguirá un mensaje, así como procedimientos para casos de
congestión de tráfico en un camino.
Nivel 4: Transporte (Transport Layer)
El manejo de volúmenes de información de gran tamaño en un único mensaje es
inconveniente, ya que la detección de un error obliga a la retransmisión de todo el mensaje. La división del mensaje en unidades llamadas paquetes es ventajosa, ya que permite la detección de errores en cadenas más cortas de datos, facilitando y disminuyendo la carga para el caso de que sea necesario el reenvío de un paquete.
La función de la capa de transporte es justamente dividir la información a transmitir en
paquetes, y asegurar su correcto ordenamiento. Esta función es crítica en una red global WAN, en la que generalmente los paquetes llegan en forma desordenada.
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BUSES DE CAMPO
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Nivel 5: Sesión (Session Layer)
La capa de sesión establece los procedimientos para que dos programas, residentes
en distintas computadores, dialoguen entre sí. Uno de los servicios de la capa de
sesión consiste en el control del diálogo. Si consideramos que las computadoras pueden correr más de un programa, y que éstos pueden efectuar transacciones con otros
procesos residentes en otras máquinas, surge que entre dos máquinas puede haber
más de una sesión en forma simultánea.
Nivel 6: Presentación (Presentation Layer)
Prepara la información transmitida para su uso en el nivel de aplicación, efectuando las
interpretaciones y conversiones de datos requeridas. Estas conversiones típicamente
pueden incluir los formatos ASCII y EBCDIC, y el encriptado y desencriptado de información.
Nivel 7: Aplicación (Application Layer)
Provee los servicios a usuarios finales, dando acceso a la información. Ejemplos: emulación de terminales, transferencia de archivos, correo electrónico, etc.
1.3
Buses de Campo Existentes
Debido a la falta de estándares, diferentes compañías han desarrollado distintitas soluciones, cada una de ellas con diferentes prestaciones y campos de aplicación.
Podemos ejemplificar los distintos niveles de los buses de campo con los diferentes
tipos de caminos donde:
• Nivel Sensor/Actuador (camino menor) o Buses de alta velocidad y baja funcionalidad.
• Nivel de dispositivo (camino mayor) o Buses de alta velocidad y funcionalidad media.
• Nivel de Campo (Autopista) o Buses de altas prestaciones.
Sensor/Actuator level (“minor roads”)
Device level (“major roads”)
Field level (“high ways”)
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MICRO
1.3.1
Buses de alta velocidad y baja funcionalidad
Están diseñados para integrar dispositivos simples como finales de carrera, fotocélulas,
relés y actuadores simples, funcionando en aplicaciones de tiempo real, y agrupados en
una pequeña zona de la planta, típicamente una máquina. Básicamente comprenden
las capas física y de enlace del modelo OSI, es decir, señales físicas y patrones de
bits de las tramas.
Sensor /
Actuador
Nivel orientado
a bit
Nombre
Organización
soporte
Estándar
AS-Interface
AS-International
Association
EN50295
IEC62026
Seriplex
Seriplex Technical
Organization
IEC62026
Sensores Típicos:
Simples entradas, pulsadores, llaves selectoras, sensores inductivos, capacitivos, foto
electrónicos, sensores de nivel, presostatos, flujostatos, termostatos encoders.
Actuadores Típicos:
Válvulas neumáticas (válvulas prendido - apagado), Válvulas hidráulicas, indicadores
lumínicos, audibles, válvulas binarias, etc.
1.3.2
Buses de alta velocidad y funcionalidad media
Se basan en el diseño de una capa de enlace para el envío eficiente de bloques de
datos de tamaño medio. Estos mensajes permiten que el dispositivo tenga mayor funcionalidad, de modo que permite incluir aspectos como la configuración, calibración o
programación del dispositivo. Son buses capaces de controlar dispositivos de campo
complejos, de forma eficiente y a bajo costo. Normalmente incluyen la especificación
completa de la capa de aplicación, lo que significa que se dispone de funciones utilizables desde programas basados en PCs para acceder, cambiar y controlar los diversos dispositivos que constituyen el sistema. Algunos incluyen funciones estándar para
distintos tipos de dispositivos (perfiles) que facilitan la interoperabilidad de dispositivos de distintos fabricantes. Algunos ejemplos son:
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BUSES DE CAMPO
Nivel de
dispositivos:
orientado
a byte
15
Nombre
Organización
soporte
Estándar
CANOpen
CIA
EN50325
DeviceNet
ODVA
EN50325
IEC62026
Device WorldFIP
WorldFIP
EN50254
IEC61158
Inter Bus S
Interbus Club
EN50254
IEC61158
Profibus DP
Profibus Int'l
Association
EN50254
IEC61158
Sercos
Sercos N.A.
IEC61491
EIB
EIBA
EN50090
Sensores Típicos:
Scanner Láser, lectores de código de barras, transmisores de presión, de temperatura y de nivel, pruebas de nivel, dispositivos para determinar propiedades físicas y químicas, sistemas de posicionamiento lineal y absoluto, etc.
1.3.3
Actuadores Típicos:
Válvulas proporcionales hidráulicas y neumáticas, controladores.
Buses de alta velocidad y baja funcionalidad
Son capaces de soportar comunicaciones a nivel de todos los niveles de la producción
CIM. Aunque se basan en buses de alta velocidad, algunos presentan problemas debido a la sobrecarga necesaria para alcanzar las características funcionales y de seguridad que se les exigen. La capa de aplicación tiene un gran número de servicios a la
capa de usuario, habitualmente un subconjunto del estándar MMS (Manufacturing
Message Specification). Entre sus características incluyen:
• Redes multi-maestro con redundancia.
• Comunicación maestro-esclavo según el esquema pregunta-respuesta.
• Recuperación de datos desde el esclavo con un límite máximo de tiempo.
• Capacidad de direccionamiento unicast, multicast y broadcast.
• Petición de servicios a los esclavos basada en eventos.
• Comunicación de variables y bloques de datos orientada a objetos.
• Descarga y ejecución remota de programas.
• Altos niveles de seguridad de la red, opcionalmente con procedimientos
• de autentificación.
• Conjunto completo de funciones de administración de la red.
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MICRO
Nivel de
Campo:
Orientado
a bloques
1.3.4
Nombre
Organización
Soporte
Estándar
ControlNet
ControlNet Int'l
EN50170
IEC61158
FF
Fieldbus
Foundation
EN50170
IEC61158
P-Net
Int'l P-Net User
Organisation
EN50170
IEC61158
Profibus FMS
Profibus Int'l
Association
EN50170
IEC61158
WorldFIP
WorldFIP
EN50170
IEC61158
Buses para áreas de seguridad intrínseca
Incluyen modificaciones en la capa física para cumplir con los requisitos específicos
de seguridad intrínseca en ambientes con atmósferas explosivas.
La seguridad intrínseca es un tipo de protección por la que el componente en cuestión no tiene posibilidad de provocar una explosión en la atmósfera circundante.
Un circuito eléctrico o una parte de un circuito tienen seguridad intrínseca, cuando
alguna chispa o efecto térmico en este circuito producidos en las condiciones de
prueba establecidas por un estándar (dentro del cual figuran las condiciones de operación normal y de fallo específicas) no puede ocasionar una ignición. Algunos ejemplos son HART, Profibus PA o WorldFIP.
1.4
Topología - Estructura de la red
Se dijo que la capa física es la que determina la topología de la red. Se entiende por
topología a la forma en que las distintas estaciones o componentes de un automatismo se conectan al medio físico. Las topologías de red existentes se pueden clasifica
en dos grupos:
- Enlaces punto a punto.
- Las redes de difusión.
1.4.1
Enlaces punto a punto
En los enlaces punto a punto dos estaciones utilizan un vínculo único y exclusivo. Es
un método simple y de disponibilidad absoluta, ya que no hay otra estación que ocupe
el medio físico. Su implementación es difícil en la medida que crece la cantidad de
estaciones, porque la cantidad de líneas requeridas crece en forma drástica (figura).
A partir de enlaces punto a punto es posible la implementación de otras topologías, en
las que cada estación juega un papel activo, repitiendo el mensaje de una estación a
otra hasta que éste llega a su destinatario. Esta función también puede ser cumplida por
elementos de conmutación, que tienen capacidad para reenviar los mensajes.
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BUSES DE CAMPO
17
La función de los elementos de conmutación está relacionada con el manejo de los
mensajes en la red, pero es transparente al usuario. Dentro de las topologías implementadas en base a enlaces punto a punto, podemos describir las siguientes:
1.4.2
Topología Estrella
Cada estación está conectada con un vínculo punto a punto a un elemento de conmutación central. Éste establece las conexiones entre estaciones, el elemento de
conmutación central tiene la inteligencia suficiente para definir el camino entre estaciones que desean comunicarse.
1.4.3
Topología Anillo
Cada estación se vincula a otras dos con un vínculo punto a punto. La información se
transmite en forma unidireccional, de una estación a otra.
1.4.4
Topología Irregular
Existen varios elementos de conmutación. Algunos de éstos tienen más de una entrada y una salida, con capacidad de redireccionar los mensajes por las distintas salidas,
en función del estado de los enlaces punto a punto.
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MICRO
1.5
Redes de difusión
Como contrapartida, las redes de difusión se caracterizan por la existencia de un
medio físico compartido, la cual todas las estaciones acceden en forma directa. Las
topologías típicas de este tipo de red son las siguientes.
Bus: La red es un medio físico de estructura lineal al que se conectan todas las
estaciones.
Radio: El medio físico es básicamente una onda de radio, que puede ser escuchada por todas las estaciones dentro de la misma frecuencia y a su alcance.
RECUERDE que...
Cuestiones importantes concernientes a la topología:
• ¿Cuál es el máximo número de usuarios para la red?
a) Físicos
b) Lógicos
• ¿Cuál es la máxima distancia que puede ser cubierta por el bus de campo?
a) Entre maestro y esclavo
b) Entre dos esclavos
19
2
Modelos de comunicación
Introducción
Además de las diferentes técnicas de acceso y los sistemas de comunicación, resulta
importante conocer los dos modelos básicos en los que se enmarca cualquier sistema
de comunicación. Estos modelos son “fuente/destino” y “productor-consumidor”.
Con el modelo fuente/destino un nodo emite un mensaje a cada nodo destino,
debiendo repetir ese mensaje para cada uno de los nodos si es que desea que el
mensaje llegue a varios nodos, pues la trama del mensaje enviado contiene una cabecera donde figura el nodo fuente y el nodo destino. De este modo, no es posible la
llegada simultánea del mismo mensaje a todos los nodos, utilizando la red de comunicaciones durante un largo periodo de tiempo. Además, el tiempo de emisión a todos
los nodos cambia según el número de nodos a los que se desea hacer llegar el mensaje. Este modelo es empleado por protocolos como Ethernet, Profibus, Interbus-S,
Seriplex y Modbus.
El modelo productor/consumidor emplea un sistema por el que todos los nodos
reciben los mensajes que se transmiten, siendo la tarea de cada nodo decidir si ese
mensaje debe aceptarlo. De este modo, todos los nodos reciben el mensaje simultáneamente y no es necesario repetirlo para cada uno de los nodos a los que está
dirigido, con el consiguiente ahorro en el tiempo de utilización del bus. Así, el tiempo de transmisión resulta constante independientemente del número de nodos a
los que se desea hacer llegar el mensaje. En este caso, la trama del mensaje incluye un identificador de mensaje; este identificador permite que los nodos receptores conozcan si deben aceptarlo o no. Este tipo de emisión es apropiado cuando se
realizan mensajes en emisión de difusión completa (broadcast) o semidifusión
(multicast). Actualmente, la mayoría de protocolos intentan emplear ambos tipos de
mensajes para así optimizar el funcionamiento de la red dependiendo del tipo de
mensajes a enviar o recibir.
La siguiente figura muestra el formato de los mensajes para cada uno de los modelos.
Fuente
Destino
Identificador
2.1
Datos
CRC
Datos
CRC
Control de acceso al medio
El control de acceso al medio constituye la topología lógica de la red, y sirve para determinar que nodo puede emplear la red en un instante determinado para enviar o recibir
señales. Esta gestión se enmarca dentro de la segunda capa OSI. A menudo, se describe este proceso como MAC (Medium Access Control) o control de acceso al bus.
En la topología estrella, el elemento central asegura una conexión directa entre dos
nodos, que se conserva durante todo el mensaje. En los esquemas basados en anillos o buses existe una única vía de comunicación que debe ser compartida por todos
los nodos. Esto hace necesario el establecimiento de una disciplina de funcionamiento con el objeto de asegurar a todos ellos la posibilidad de una transmisión exitosa.
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MICRO
La situación ideal sería la de un sistema de control que resuelva rápidamente las interacciones o problemas en general que se pueden dar cuando varios nodos acceden
simultáneamente al bus, y que sea poco sensible a los fallos de las estaciones, viéndose poco afectado por ampliaciones o problemas en general que se pueden dar
cuando varios nodos acceden simultáneamente al bus. Si existen tramas de control de
la red, el método de acceso debe ser capaz de asumir esta cantidad de tráfico añadida, siendo aconsejable que disponga de espera para organizar mejor el tráfico de la
red. Existen dos tipos de técnicas principales:
• Técnicas de repartición. A cada usuario se le asigna una fracción de la unidad total
a repartir. Pertenecen a este tipo las técnicas de multiplexación por división de frecuencia (MDF), multiplexación por división de tiempo (MDT). Son eficientes si los
usuarios demandan servicios con regularidad.
• Técnicas de compartición. Se produce una asignación del medio en función de la
demanda, son eficientes cuando el tráfico no es estable y la demanda se produce
a ráfagas, como ocurre en las LAN. Existe una variada cantidad de técnicas de
acceso, una primera clasificación puede hacerse de acuerdo que el canal esté libre
o no del colisiones, es decir mensajes simultáneos. Cuando no existe posibilidad de
colisiones, se dirá que el acceso es controlado, caso contrario será contencioso. Las
técnicas empleadas son: colisión (ó contienda), reserva y selección.
- Colisión o Contienda: Si el usuario (nodo) necesita el canal de comunicación
intenta tomarlo, produciéndose una contienda con los usuarios que tengan el mismo
propósito. Se producirán colisiones y se debe incorporar algún algoritmo para resolver estas situaciones.
- Reserva: El usuario conoce con adelanto cuando va a poder utilizar el medio. No se
producirán colisiones en la transferencia de información, pero podrán existir en el
proceso de reserva.
- Selección: El usuario es avisado cuando llega su turno y toma el control del medio
para transmitir. Los usuarios son seleccionados por algún tipo de turno y desconocen cuando van a serlo nuevamente.
2.1.1
Compartición del medio por contienda
Por lo que respecta a las técnicas de contienda, existen dos tipos principales, las técnicas de transmisión sorda (ALOHA) y las técnicas de transmisión con escucha (CSMA).
La primera fue desarrollada por la Universidad de Hawai, se envía un mensaje al canal
cuando se necesita, si hay colisión se produce una retransmisión del mensaje; existen
variantes como el método ALOHA rasurado.
En cuanto a las técnicas con escucha (CSMA, Carrier Sense Multiple Access) permiten
acceso múltiple con detección de portadora. Antes de transmitir, el usuario averigua si
el canal está libre, lo que evita son colisiones con antelación aunque se pueden producir colisiones al transmitir. También existen diferentes variantes como CSMA no persistente, CSMA persistente, CSMA con retardo prioritario, etc.
La detección y resolución de colisiones resulta muy importante en los sistemas de acceso múltiple al bus, dado que esto es lo que permite que se produzca cierto orden en el
vertido de señales al bus. Cuando se produce una colisión, se pone en marcha un sistema de resolución de colisiones para asignar el control a un nodo, y éste debe volver
a retransmitir la información deteriorada. Para intentar que la retransmisión no sufra otra
colisión se utiliza un algoritmo para determinar el momento idóneo para enviar el paquete. Son dos los métodos habitualmente empleados para la detección de colisiones:
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2
MODELOS DE COMUNICACIÓN
21
- Detección de interferencias en el canal. Se detecta por técnicas de comparación
de la señal emitida con la que está circulando por el canal mediante técnicas de
análisis de la señal en la línea. A este tipo pertenece el método CSMA/CD (Carrier
Sense Multiple Access/Collision Detection) utilizado por Ethernet y contemplado en
el estándar IEEE 802.3 para transmisión a 10Mbps. Se detiene la transmisión tan
pronto como se detecta la colisión. Otro método en el CSMA/CA (Carrier Sense
Multiple Access/Collision avoidance), donde antes de transmitir se escucha el canal
para ver si está ocupado, así la posibilidad de colisión se reduce, aunque no se evita
completamente dado que existe la posibilidad de que dos nodos inicien su emisión
simultáneamente una vez detectado el canal libre.
- No recepción de un mensaje de conformidad. Se detectan errores de transmisión en general. Como inconveniente se tiene la lentitud, ya que el paquete se transmite completo. Existen diversos métodos de resolución de colisiones, la siguiente
figura muestra los principales tipos.
Algoritmos no adaptativos: El retardo para la retransmisión no depende de la actividad anterior del canal o del número de colisiones. El retardo se obtiene mediante una
distribución uniforme. Se utiliza en las redes ALOHA pura y ALOHA rasurado.
Algoritmos adaptativos: El retardo depende de la actividad anterior del canal. La
función de distribución del retardo varía dinámicamente según unas condiciones
locales o globales.
Técnicas de retardo prioritario: Detectada una colisión se retarda la retransmisión
en un intervalo distinto para cada usuario (nodo). Se establece una prioridad que puede
ser fija o “round robin”.
Reserva tras la colisión: Cuando se produce una colisión los usuarios establecen
entre sí un sistema de reservas para retransmitir sin conflictos. El sistema de contienda se convierte en un sistema de acceso al medio por reserva, este sistema de reservas puede ser gestionado de un modo centralizado o distribuido.
2.1.2
Compartición del medio por reserva
El usuario conoce con adelanto cuando va a poder utilizar el medio dado que existen
métodos de ordenación para la asignación del canal. La figura subsiguiente muestra la
subdivisión en la que se clasifican estas técnicas.
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22
MICRO
2.1.2.1
Control centralizado de reservas
Existe un controlador que gestiona (recibe y concede) las demandas de reserva del
canal. Se puede disponer de dos canales distintos, uno para efectuar las reservas y otro
para transmitir los datos.
El método SRMA (Split channel Reservation Multiple Access) multiplexa los dos canales en frecuencia, pero se puede producir colisión en el canal de las reservas.
El método GSMA (Global Scheduling Multiple Access) multiplexa en el tiempo el canal,
asignando durante un tiempo el canal para transmisión de datos, a su vez, multiplexa el
canal de reservas entre todas las estaciones, evitando colisiones. Se puede reservar el
canal durante un determinado tiempo (reserva de conexión) o para cada mensaje a
transmitir (reserva de mensaje).
2.1.2.2
Control distribuido de reservas
Se trata de un control de acceso distribuido, si todos los nodos intervienen en la decisión de qué nodo y en qué instante se va a disponer de acceso al bus.
En la detección por colisión, cada nodo supervisa la red continuamente, esperando
que quede libre para poder transmitir, pero en el momento que queda libre seguramente más de un nodo comenzará a transmitir, produciendo una colisión y generando una distorsión de las señales emitidas, con lo que el nodo emisor debe saber que
ha habido esta colisión y, por tanto, debe esperar poder transmitir de nuevo cuando
la red quede desocupada.
Todas las estaciones reciben las solicitudes de reserva formuladas por las demás.
Aplican un algoritmo que determina a quién y por cuanto tiempo se le concede el medio.
El resultado debe ser función de las demandas aceptadas y pendientes de resolución.
- Técnicas implícitas: No existe un procedimiento de solicitud y resolución de reserva previa a la transmisión. La estación que pretende utilizar el canal intenta tomarlo. Si lo consigue, el resto de estaciones entiende que lo tiene reservado hasta que
se señalice lo contrario. Se pueden producir colisiones.
- Técnicas explícitas: Existe un procedimiento previo de establecimiento de reservas. Hasta que no se resuelve una demanda, la estación no inicia la transmisión. Los
procedimientos para realizar una reserva explícita son:
• Piggyback: la reserva se realiza para un mensaje de información completo.
• Subtrama: se destina una subtrama para la reserva de un paquete. Entre 2 subtramas sucesivas una estación sólo transmite un paquete.
2.1.3
Compartición del medio por selección
Estas técnicas también pueden ser centralizadas o distribuidas, no se producen colisiones dado que no se accede al medio hasta que el canal es asignado al nodo, asegurando que un único nodo accede en cada momento al bus. Existen diversas técnicas, la figura siguiente muestra las variantes principales empleadas habitualmente.
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2
MODELOS DE COMUNICACIÓN
2.1.3.1
Técnicas de compartición del bus mediante selección
2.1.3.1.1
Daisy Chain
23
Es la misma que se utiliza en los buses internos de los ordenadores. Necesita un canal
extra (hilo) que recorra en anillo las estaciones, siendo un bus el canal que utilizan para
enviar los datos. A través de este hilo extra se envían pulsos, cuando una estación es
seleccionada mediante un pulso, toma el control del medio para enviar sus mensajes,
devolviendo el pulso a la siguiente estación física en el anillo al finalizar su transmisión.
Si al recibir el pulso no tiene nada que transmitir, lo pasa a la siguiente estación. El usuario toma el control del canal, avisando cuando finaliza su utilización.
2.1.3.1.2
Sondeo (Polling)
Uno de los métodos más comunes es el conocido como sondeo (polling).
En un sistema centralizado, un nodo es el encargado de gestionar todo el tráfico en
la red, resolviendo posibles colisiones y asignando el control a nodos de la misma
prioridad. Como principal desventaja que posee, se tiene que si falla el control central,
la red no funciona. Con este sistema, el nodo central envía una trama especial
mediante la que se pregunta al resto de nodos si necesitan acceder al bus, en caso
afirmativo, se asigna un orden de acceso donde cada nodo dispone de un tiempo
determinado en el que posee el control del bus. Se trata de un método equitativo,
pues cada nodo dispone del mismo tiempo que el resto; el problema principal radica
en la gestión de señales de tiempo crítico, ya que necesitan ser atendidas de forma
inmediata, cosa que este método no suele contemplar, porque el nodo debe esperar
a que llegue su turno para poder enviar datos.
En sistemas industriales del tipo maestro-esclavo a nivel de máquina es habitual este
tipo de control, los nodos esclavos envían datos a otros nodos a través del nodo maestro, siendo equivalente a un enlace punto a punto entre el nodo maestro, y cada uno de
los nodos esclavos, pero estando activo un único enlace en cada instante. En un sistema distribuido, se produce un turno rotativo por el que cada nodo toma el control del bus
durante un periodo de tiempo establecido.
- Sondeo por lista: Control centralizado. El controlador dispone de una lista de las
direcciones de las estaciones. Se seleccionan las estaciones por orden de lista. Si se
desea que un nodo posea mayor prioridad, éste se incluye varias veces en la lista.
- Hub-Polling: Control centralizado. El controlador inicia el proceso de sondeo. Cada
estación selecciona la siguiente cuando acaba su transmisión. La última avisa al controlador, que reinicia el proceso.
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24
MICRO
- Paso de Testigo: Se utiliza una palabra clave o trama especial (testigo o token) para
establecer los turnos de acceso al canal. El testigo consiste en una trama uniforme
para todos los nodos, que dispone de varios campos predeterminados como por ejemplo: campo de testigo libre u ocupado, campo dirección destino del testigo, dirección
origen del testigo, aceptación de trama y prioridad. Cuando un nodo posee la propiedad del testigo, éste puede acceder a la red para transmitir mensajes (o paquetes).
Esta metodología es aplicable tanto a topologías en bus como en anillo, y admiten control centralizado o distribuido, aunque generalmente es distribuido.
- Testigo en anillo (Token ring): Se utiliza en topologías en anillo y está definido por
el estándar IEEE 802.5.
El testigo circula cuando ninguna estación transmite: es recibido y retransmitido por
cada estación. Si una estación tiene que transmitir, espera a recibir el testigo, y una
vez recibido, modifica el campo de testigo libre, introduce el mensaje, la dirección de
destino y la secuencia de reconocimiento y validación; entonces, retransmite el
mensaje.
Dado que el testigo pasa por todos los nodos, cuando llega al nodo destino, éste
reconoce su dirección y recoge el mensaje cambiando el campo de reconocimiento y validación, retransmitiéndolo de nuevo, así cuando llegue al nodo que inicialmente le envió el mensaje, éste reconoce que el mensaje ha llegado correctamente a su destino. Si no ha expirado el tiempo de posesión del testigo, el nodo transmisor puede enviar más mensajes, y si ha completado su envío, libera el testigo para
que éste sea tomado por otro nodo. A pesar de que existe un tiempo límite de posesión, no se garantiza un tiempo máximo en el que un nodo puede tomar el testigo
para enviar datos, ya que depende del número de nodos que deseen tomar el control. La topología impone el orden de paso. No hay prioridades.
- Testigo en bus (Token bus): Su funcionamiento está contemplado en el estándar
IEEE 802.4. Hay un anillo lógico, de modo que cada nodo conoce la dirección del
nodo anterior y posterior (no necesariamente colocados físicamente de ese modo) en
el paso del testigo, este hecho se realiza al configurar la red, de este modo, se independizan la topología física y lógica, conociendo con antelación quién será el siguiente propietario del testigo. Cuando un nodo recibe el testigo, si éste está ocupado y la
dirección de destino no es la suya, lo retransmite a la siguiente estación. Si el testigo
que llega posee la dirección propia del nodo y el campo de aceptación ha sido validado, significa que ya se puede liberar el testigo pues el destino ha recibido correctamente los datos. Si al llegar a la estación el testigo está libre, el nodo puede introducir datos que desee enviar y retransmitir el testigo a la siguiente estación prefijada, aunque ésta no sea la destinataria (en este caso, se limitaría a retransmitir).
Existe un tiempo límite de posesión del testigo para cada nodo, prefijado en un
campo del testigo (puede haber prioridades modificando el tiempo para cada nodo),
por lo que se asegura que la posesión del testigo llegará a un nodo en un tiempo
máximo predeterminado, este hecho es muy importante para los sistemas de tiempo crítico, por ello, es empleado en numerosos sistemas de transmisión para redes
industriales de automatización.
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2
MODELOS DE COMUNICACIÓN
2.2
Reconocimiento de errores
25
Durante la transmisión de datos es frecuente que aparezcan ruidos en la línea de
transmisión, que deforman la señal transmitida. Estos ruidos se pueden originar por
interferencia eléctrica, ruido térmico (generado por el movimiento de electrones en
el cobre), etc. Un ruido que tenga una duración de 10mseg se escuchará al oído
humano como un pequeño clic, pero a 9600 bps implica la desaparición de 96 bits.
La capacidad del medio físico de permitir la transmisión de bits sin que algún fenómeno físico (principalmente eléctrico) pueda provocar alteraciones en el mensaje se
conoce como inmunidad al ruido.
Por ejemplo, es posible que un byte transmitido como 10101010 llegue al receptor
como 10101000. En este caso podemos decir que ambos bytes difieren en un bit.
La cantidad de bits en que difieren el mensaje transmitido y el recibido se calcula
efectuando un OR exclusivo entre ambos y sumando la cantidad de unos del resultado. Este número se conoce como distancia de Hamming.
Existen distintos métodos para la detección y corrección de errores. La capacidad de
un método para detectar y corregir errores en un mensaje se cuantifica por medio de
su distancia de Hamming. Se puede demostrar que, si se desea detectar “d” errores,
se requiere de un método de detección de errores que tenga una distancia de
Hamming de d+1. En cambio, si se desean corregir d errores, el método deberá tener
una distancia de Hamming de 2d+1.
Presentamos tres métodos de detección y corrección de errores el bit de paridad, que
es un chequeo a nivel de carácter, y los métodos de bit de paridad longitudinal y transversal, y de código de Redundancia cíclico, utilizados a nivel de trama.
2.2.1
Bit de paridad
El bit de paridad es un sencillo método de detección de errores a nivel de caracteres.
Cada carácter consta de un bit de comienzo, 5 a 8 bits de datos, un bit de paridad y
uno o dos bits de finalización. El bit de paridad sirve como chequeo del carácter transmitido. Su valor es adjudicado por el emisor de forma tal que la cantidad de unos en
el carácter más el bit de paridad sea par (paridad par) o impar (paridad impar).
El receptor recibe el carácter, calcula su bit de paridad, y compara el bit de paridad
transmitido con el calculado, verificando así la corrección del carácter recibido.
En aquellos casos en que no se utiliza este método, el carácter se transmite precedido
de un bit de comienzo y seguido de uno o dos bits de final, omitiendo el bit de paridad.
El método del bit de paridad está caracterizado por una distancia de Hamming de 2,
permitiendo la detección de un error en el carácter. Éste método no permito la corrección de errores.
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26
MICRO
2.2.2
Bit de paridad transversal y longitudinal
Este método es una derivación del método anterior, en la que los bits se agrupan en
un bloque. Este boque tiene n bits de ancho y k bits de alto. Se calcula el bit de paridad de las distintas columnas y de las filas, añadiéndose al bloque la fila y columna
resultantes. Luego el bloque completo es trasmitido.
El receptor podrá identificar errores a partir del bloque recibido. Se puede demostrar
que este método tiene una distancia de Hamming de 3, permitiendo el reconocimiento de hasta 3 errores o la corrección de 1.
2.2.3
Código de redundancia cíclica (CRC)
Este método es de amplia difusión, utilizándose en numerosos protocolos. A partir de
un algoritmo que utiliza un polinomio generador, y de o los bits que forman la trama,
se calcula un número llamado Chequeo Cíclico Redundante. (CRC). El CRC es añadido al final de la trama, y transmitido con ésta.
La estación receptora calculará el CRC utilizando el mismo polinomio generador, y los
bits recibidos. Luego comparará el CRC recibido con la trama y el calculado. La presencia de errores en la transmisión se reconoce por desigualdad entre ambos CRC.
Aunque el cálculo de un CRC puede parecer complicado, existen métodos que permiten una implementación sencilla, que funcione con gran velocidad.
27
3
Medios físicos de transmisión
Introducción
El medio de transmisión es el vínculo físico que une a las estaciones, a través del cual
se transmiten los bits. A continuación veremos algunos de los medios físicos:
3.1
Par trenzado
Se trata de un par de conductores, típicamente de 1mm2 de sección, enlazados en
forma helicoidal. El par de conductores se puede tener o no una malla protectora de
interferencia, generalmente construida con una película de aluminio. En caso de que
no tenga malla, se conoce como UTP (unshielded Twisted Pair, par trenzado sin
malla); en caso contrario se utiliza la denominación, STP (Shilded Twisted Pair, par
trenzado mayado). Las velocidades de transmisión oscilan de unos pocos Kbaudios a
100 Mbaudios, en distancias desde algunos metros a un par de kilómetros. Es de bajo
costo, pero de poca inmunidad al ruido.
3.2
Cable Coaxial
Consiste en dos conductores concéntricos, aislados por un dieléctrico. Hay dos formas de enviar una señal digital en un coaxial:
Banda Base: la señal es enviada por el cable coaxial como nivel de tensión, a velocidades de 10 Mbaudios, y distancias de 500 mts.
Banda Ancha: la señal digital se modula en frecuencia, utilizándose frecuencias definidas para la representación de la señal lógica. La velocidad de transmisión puede llegar a 150 Mbps, pero las implementaciones más usuales sólo alcanzan algunos
Mbps, debido al alto costo de las interfases requeridas en las computadoras y otros
dispositivos asociados. El alcance es de algunos kilómetros. Este tipo de cable suele
ser robusto ante interferencias.
3.3
Fibra óptica
Consiste en una fibra flexible de vidrio o plástico que transporta luz proveniente de un
diodo foto emisor diodo láser de inyección. La presencia de luz puede indicar un bit
de mayor inmunidad al ruido y relativo alto costo, con velocidades de transmisión de
hasta 100 Mbps.
Es el medio idóneo si se necesitan altas velocidades de transmisión, gran ancho de
banda o cubrir largas distancias, pues la luz es más inmune a las interferencias electromagnéticas y posee tiempos de transición menores. Existen tres tipos básicos de
fibra óptica, fibra monomodo, multimodo de índice gradual, y multimodo de índice discreto o escalonado, con diferentes grados de atenuación, velocidades de transmisión,
y ancho de banda. Debido a la complejidad de la instalación y sus dispositivos asociados, resulta una opción muy cara, por lo que sólo se instala en lugares donde no sea
posible otra alternativa.
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28
MICRO
3.4
Comunicación por radio o satélite
En este caso, el medio físico es básicamente una onda de radio, que puede ser escuchada por todas las estaciones dentro de la misma frecuencia y a su alcance.
En emplazamientos donde resulta complicado trazar un tendido de cable, es conveniente utilizar un enlace inalámbrico. Actualmente, este tipo de enlaces está teniendo
un gran auge debido a la aparición de sistemas de enlace como Wi-fi (IEEE 802.11b)
y Bluetooth, que resuelven las comunicaciones entre dispositivos en distancias cercanas, pero donde se centran gran parte de las necesidades de los usuarios (por
ejemplo, en una nave industrial). Sin embargo, los enlaces mediante medios no guiados ya se vienen realizando con anterioridad mediante ondas de radio para distancias
cercanas, y mediante enlaces de microondas, usados generalmente en enlaces
punto a punto que deben cubrir largas distancias (se usan para comunicaciones
terrestres y vía satélite).
29
4
Actuador Sensor Interfase
Introducción
Este capítulo esta diseñado para explicar posibles aplicaciones y cualidades especiales de la tecnología AS-Interface.
En las páginas que siguen se informa sobre la relación del modelo de referencia
ISO/OSI con la red AS-i:
Como todo sistema de comunicación, AS-I puede ser discutido según el modelo de
referencia ISO/OSI.
Como otros buses de campo solo se implementa la capa 1, 2 y 7.
Pero el bus AS-I no está especificado según ese modelo de referencia.
Capa ISO/OSI
Función
Implementación
con AS-i
Capa 7: Aplicación
Provee servicios de red
para usuarios.
Mensajes, ciclos,
perfiles y direccionamiento automático.
Capa 6: Presentación
Convierte el formato de
los datos de la red a la
capa de aplicación.
Capa 5: Sesión
Abre y cierra la conexión.
Capa 4: Transporte
Procesamiento
transparente de datos
de la red de transición.
Capa 3: Red
Procesamiento de
dirección y de datos.
Capa 2: Enlace de datos
Estructura de datos,
marco de datos, datos
de salvaguarda y procedimientos de error.
Telegrama de datos,
Bit de marcha, bit de
parada, protección y procesamiento de errores.
Capa 1: Física
Conexión mecánica y
eléctrica para la transferencia de información
Cable, Fuente de alimentación, Desacoplamiento
de datos, APM Fuente
de energía.
4.1
Capa Física
Los elementos de la capa física de una red AS-i son los siguientes:
• Cable y red AS-Interface.
• Fuente de alimentación y desacoplamiento AS-Interface.
• Proceso de modulación.
• Repetidores y otros elementos de la red AS-Interface.
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30
MICRO
4.1.1
Cable AS-Interface cable
Datos característicos:
• R’ < 90 m_/m
• L’ 400...1300 nH/m
• C’ < 80 pF/m
• G’ < 5 µS/m
• Impedancia de onda |Z| entre 70 y 140
¿Qué propiedades de un cable son importantes para ser usadas en una red AS-i?
• Baja resistencia en Corriente continua.
• Impedancia de onda de 50
• Impedancia de onda entre 70 y 140
• Blindado.
• La selección del cable tiene una influencia importante en las propiedades
• de la transmisión.
• No debe cargar la red mas allá de los límites permitidos.
• No debe distorsionar la transferencia de datos.
• Las impedancias deben ser seleccionadas para permitir 1 maestro y al menos
• 62 esclavos.
• Definición de una gama de frecuencia limitada a partir de 50 kilociclos a 300
• kilociclos para una red con la longitud total de el 100m (si la longitud total es más
•grande, repetidores u otros componentes debe ser utilizado extender la red).
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4
ACTUADOR SENSOR INTERFASE
4.1.2
Fuente de alimentación AS-Interface
AS-Interface: Los datos y la alimentación son transmitidos usando el mismo cable.
Las cuatro tareas de la fuente de alimentación AS-i:
• Proveer 24 Vcc para la red
• Operación segura.
• Balanceamiento de la red.
• Desacoplamiento de datos
Fuente con energía
31
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32
MICRO
La fuente de alimentación está especificada para una tensión de 30Vcc, para garantizar la alimentación de 24 Vcc aun en el final de la red. Esta especificación permite
una caída de tensión de 3 Vcc a lo largo del cable de red y 3 Vcc adicionales en los
esclavos donde la alimentación y la señal están separadas. La potencia de alimentación en la red AS-I puede ser generalmente elegida con libertad. 8A representa el
límite práctico debido a la sección transversal del cable.
Asegurar la separación.
El sistema AS-I es designado como un sistema de baja tensión con separación segura (PELV, “Protective Extra Low Voltage” according to IEC 60364-4-41). Por lo tanto,
una fuente de alimentación que funciona en un voltaje primario de la CA115V o 230V
debe ofrecer la separación segura entre el voltaje primario y secundario según estándares relevantes del IEC.
La operación protectora PELV permite la omisión del conductor del PE.
Balanceado
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4
ACTUADOR SENSOR INTERFASE
33
AS-I es usado como un sistema flotante y simétrico. Para obtener una buena inmunidad contra ruidos simétricos es necesario tener una red simétrica. Esto puede ser
alcanzado usando un circuito como el mostrado a la izquierda. El protector del conector debe ser puesto a tierra en alguna parte conveniente de la máquina o instalación.
Para la red AS-i solo este punto puede ser conectado a la tierra de la máquina. Por
la simetría no es necesario blindar o trenzar el cable.
Aislamiento de datos
El asilamiento de datos en la red AS-I está integrado usualmente en la fuente de alimentación. Consiste en dos inductores de 50µH en paralelo cada uno con una resistencia de 39 . Este desarrollo previene un cortocircuito del cable por la transferencia
de datos. Por otro lado cambia el pulso de potencia creados por la transmisión AS-i en
pulsos de tensión que pueden ser detectados por el receptor.
¿Cuál de las siguientes frases es correcta? La red AS-I...
• Cada esclavo debe ser puesto a tierra.
• Puede ser puesta a tierra solo en la fuente de alimentación.
• Tiene un diseño simétrico con respecto a la tierra.
• Tiene un diseño asimétrico con respecto a tierra.
4.1.3
Proceso de modulación de una red AS-Interface
Para la transferencia de datos AS-I usa el método de modulación alternada de pulso.
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34
MICRO
4.1.3.1
Características de MAP
• La modulación tiene lugar en banda base.
• No es necesario portadora.
• El proceso de modulación no contiene DC.
• Es posible sumar a la señal modulada la alimentación de tensión.
• La señal solo ocupa una delgada franja de frecuencia.
• Buenos atributos del cable para la transferencia.
• La señal emitida es baja.
• Se puede conseguir fácilmente los límites estándar permitidos de radiación.
• El transmisor y receptor de APM es fácilmente integrable en un IC
4.1.3.2
Principio de operación del método APM
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
4.1.3.3
Secuencia de bit.
Codificación Manchester.
Corriente transmitida.
Voltaje detectado por el receptor.
Secuencia de bits.
Características Distinguidas:
• La forma de pulso de la corriente de la transmisión corresponde al integral
de un pulso sin2.
• Las emisiones del cable AS-i siguen siendo inferiores a los límites permitidos
sin la necesidad de blindar el cable.
• Índice de transferencia grueso de 167kbit/s.
4.1.3.4
Límites permitidos del método de APM
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4
ACTUADOR SENSOR INTERFASE
• El árbol de red y el cable finalizan solo en el lado de la fuente de alimentación.
• La amplitud de la transmisión de datos de la red AS-I varía entre grandes límites
relativos.
• Las características de los cables se dispersan dentro de grandes márgenes.
• Puede ocurrir pulsos distorcivos o de sobretensión.
Las especificaciones de la red AS-i definen los límites mostrados en el diagrama.
Se permite que la amplitud de un telegrama completo varíe entre 30Vss y s
4.1.3.5
Límites permitidos de la modulación de Amplitud de Pulso
En un telegrama simple:
Se permite una variación de amplitud = 35% de la Umax.
Valores permitidos de sobretensión= máx. 30% de la amplitud Umax.
Variación permitida en los flancos de pulsos.
= (n + 3 µs) + 1/-0,5 µs (medida comenzada en el primer flanco negativo)
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36
MICRO
4.2
Capa de enlace de datos. Data link layer
4.2.1
Método de acceso del bus
El método de acceso = Maestro Esclavo con encuestado cíclico.
Diferencia entre la llamada del maestro y la respuesta del esclavo:
- El maestro envía un telegrama a cada dirección de esclavo.
- El esclavo direccionado responde dentro de un tiempo determinado (reconocimiento
del mensaje)
Se considera que los mensajes son enviados satisfactoriamente si el reconocimiento del mensaje es correcto.
4.2.2
Estructura de los mensajes
Mensaje AS-I = llamada del maestro + pausa + respuesta del esclavo + pausa
Excepción: Cuando el maestro envía un mensaje de tipo broadcast los esclavos no
responden. Todos los otros mensajes tienen que ser respondidos por el esclavo.
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4
ACTUADOR SENSOR INTERFASE
37
Progreso: AS-Interface
La duración total de un mensaje 152µs +2/-µs 1.
Durante 1 segundo puede ser transmitido más de 6500 mensajes.
AS-I = llamada del maestro + pausa + respuesta del esclavo + pausa
4.2.3
Estructura de un mensaje
Estructura de una llamada del maestro hacia el esclavo
Bit de comienzo (ST)
Marca el comienzo de la llamada del maestro:
=0: bit de comienzo válido
=1: no permitido
Dirección (A0…A4)
Dirección del esclavo. (5 bit)
Información
(I0...I4)
Dependiendo del tipo de llamada, los 5 bit de
información contiene la información del esclavo
AS-i. Mas detalles pueden ser obtenidos en el
mensaje específico.
Bit de Paridad (PB)
Bit de paridad: la suma de todos los “1”
en el llamado del maestro debe ser par.
Bit de final
Marca el final de la llamada del maestro:
=0: no permitido
=1: permitido
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MICRO
Estructura de la repuesta del esclavo
Bit de comienzo (ST)
Marca de comienzo de la respuesta del esclavo:
=0: bit de comienzo válido
=1: no permitido
Información (I0...I3)
4 bits de información
Bit de paridad (PB)
Bit de paridad: la suma de todos los bits de la
respuesta del esclavo debe ser par.
Bit de final (EB)
Marca el final de la llamada del maestro:
= 0: no permitido
=1: bit de fin permitido
La llamada del maestro a un esclavo típico tiene 4 bit de datos, la repuesta del esclavo también tiene 4 bits de datos.
Tasa de transferencia es de 53 kBit/s o la eficiencia de transmisión es del 32%( con una transferencia de 167Kbits/s).
Estructura de la respuesta del esclavo
Bit de comienzo (ST)
Marca de comienzo de la repuesta del esclavo:
=0: Bit de comienzo válido
=1: Bit no permitido
Información (10…13)
4 bits de información.
Bit de paridad (PB)
Bit de paridad, la suma de todos los “1”
de la respuesta del esclavo debe ser par.
Bit de fin (EB)
Marca el final de la llamada del maestro:
=0: no permitido
=1: permitido
Especificación 2.1 (1998)
62 módulos esclavos pueden ser conectados a una red AS-I 62 (previamente 31)
Definición de un modo de direccionamiento extendido para esclavos con un código ID “AHEX” ( ver tabla)
La respuesta del esclavo es la misma.
Modo de direccionamiento extendido:
• Transferencia de 3 bits de datos desde el maestro al esclavo en un telegrama.
• Como antes 4 bits de datos son transferidos como repuesta desde el esclavo
al maestro.
• Posibilidad de comunicarse con dos esclavos con la misma dirección usando
el bit de selección (esclavo “A” y esclavo “B”).
• Compatibilidad con redes existentes.
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4
ACTUADOR SENSOR INTERFASE
4.2.4
Seguridad de datos
39
Al usar un cable no blindado la seguridad de los datos es particularmente importante.
El chequeo de error de la capa física y de enlace es muy efectivo y corresponden a una distancia de Hamming de la menos 4.
4.3
Capa de Aplicación
Propiedades de la Capa de aplicación:
• Mensajes AS-i.
• Rutinas de función en los módulos esclavos.
• Rutinas de función en los módulos maestros.
• Perfil del dispositivo
• Además las Gateway son una parte de la capa de aplicación.
Clasificación:
• Transacción Simple:
transmisión de un máximo de 4 bit de información por el maestro hacia el esclavo (información de salida) y desde el esclavo hacia el maestro (información de entrada).
• Transacciones combinadas:
transmisión con más de 4 bits de información coherente, integrada por una serie de llamadas y de contestaciones del esclavo en un contexto definido.
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40
MICRO
5
AS-i Schneider
5.1
Recordatorio
El bus AS-Interface (la abreviatura del término inglés Actuator-Sensor-Interface) es
un bus de campo (nivel 0) que se emplea para realizar interconexiones de sensores/
accionadores. Permite ejecutar información de tipo «binario» o analógico entre un
equipo «master» de bus y equipos «slave» de tipo sensores/accionadores.
El bus AS-Interface está formado por tres elementos básicos principales:
• Una fuente de alimentación específica que suministra una tensión de 30 VDC.
• Un master de bus.
• Uno o varios equipos slaves (sensores, accionadores y otros).
Estos componentes se interconectan mediante un cable de doble conductor destinado a la transmisión de datos y de la alimentación.
Tipos principales de sensores/accionadotes
Tipo de sensor
Descripción
Sensores/accionadores
de comunicación
(compatibles con AS-Interface)
Disponen de la función AS-Interface
integrada, por lo que pueden conectarse
directamente al bus AS-Interface a
través de una caja de conexión pasiva
o una conexión en T.
Sensores/accionadores
tradicionales (no compatibles
con AS-Interface).
Se conectan al bus a través de una
interfase AS-Interface (caja de conexión
activa). Estas interfaces conectan los
sensores y accionadores tradicionales
al bus AS-Interface y los dotan de capacidad de diálogo en el bus.
Producto tradicional
Producto de comunicaciones
Producto de comunicaciones
<
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5
AS-I SCHNEIDER
434 E/S como máximo
248 entradas
186 salidas
41
62 slaves como máximo
(un máximo de 31 estándar o 62 ampliados)
5.1.1
Descripción general de los productos AS-Interface del catálogo Schneider
5.2
Presentación de los principales elementos del bus AS-Interface
En la tabla siguiente se enumeran los principales elementos de un bus AS-Interface:
Componente
Ilustración
Master del bus AS-Interface
Si se conecta a un controlador
modular o a un compacto
de las series TWDLCoA24DRF
o TWDLCAo40DRF, puede
gestionar todos los intercambios
de datos en la red AS-Interface.
También permite controlar el
estado de los slaves.
Module TWDNOI10M3.
<
42
MICRO
Fuente de alimentación AS-Interface
Fuentes de alimentación de ASInterface, específicas para 30 VDC,
destinadas a proporcionar alimentación
a los componentes conectados al bus
AS-Interface. La distribución de esta
fuente de alimentación emplea el
mismo medio que el utilizado para el
intercambio de datos.
Cable:
- Transmite los datos y transporta la
energía. Puede estar formado por:
Un cable estándar AS-Interface amarillo plano de doble hilo, no blindado
y con acoplamiento.
- O bien, un cable redondo estándar
de doble hilo, blindado o sin blindar.
Slaves:
Existen diferentes tipos de slaves
que pueden conectarse al bus ASInterface, incluidos los sensores,
accionadores, las cajas de conexión,
así como los slaves analógicos.
Los slaves están disponibles como
slaves de direccionamiento estándar
o slaves de direccionamiento
ampliado (A/B).
Power supply (30 VDC)
Cable plano
con acoplamiento.
Cable redondo.
Sensor
5.3
Características principales del bus AS-Interface V2
5.3.1
Descripción general
Accionador
Caja de conexión.
AS-Interface es un sistema que garantiza la gestión de intercambios por un solo master que activa de forma sucesiva, mediante comprobación del bus, cada slave y espera su respuesta. El master gestiona las entradas/salidas, los parámetros y los códigos
de identificación de cada slave, así como su direccionamiento.
Esta es la trama de comunicación serie para los slaves de direccionamiento estándar
AS-Interface V2:
- 4 bits de datos (de D0 a D3), que corresponden a la imagen de las entradas o las
salidas según la naturaleza de la interfase.
- 4 bits de ajuste (de P0 a P3), que permiten definir los modos de funcionamiento
de la interfase.
- Esta es la trama de comunicación serie para los slaves de direccionamiento ampliado:
- 4 bits de datos (de D0 a D3), que corresponden a la imagen de las entradas o las
salidas según la naturaleza de la interfase.
- 3 bits de ajuste (de P0 a P2), que permiten definir los modos de funcionamiento
de la interfase.
<
<
5
AS-I SCHNEIDER
43
Todos los equipos slaves conectados al bus AS-Interface se identifican por medio de,
al menos, un «Código E/S» y un «Código ID», que completa la identificación funcional del slave.
Algunos slaves poseen un código ID2 que determina las funciones internas del slave:
ejemplo de slaves analógicos en los que el código ID2 indica el número de canales
analógicos del slave.
En la solicitud del master AS-Interface, las salidas se posicionan y las entradas de los
equipos AS-Interface envían la respuesta del slave.
5.3.2
Tabla de características principales
Características
Descripción
Direccionamiento
de los slaves
Cada slave conectado al bus AS-Interface debe poseer una dirección
comprendida entre 1 y 31 con «el banco» /A o con «el banco» /B para el
direccionamiento ampliado. Los slaves suministrados de fábrica poseen
la dirección 0 (la dirección del slave queda memorizada de forma no volátil).
La programación de la dirección se efectúa con ayuda de un terminal
específico de direccionamiento.
Identificación
de los slaves
Todos los equipos slaves conectados al bus AS-Interface se identifican por:
- Un código ID de identificación (codificación de 4 bits) que define el tipo
de slave (sensor, slave ampliado...). Por ejemplo, el código ID de un slave
ampliado es 0xA.
- Un código E/S (codificación de 4 bits) que indica la repartición de
entradas/salidas. Por ejemplo, el código E/S de un slave de 4 entradas es 0,
de 4 salidas es 8, de 2 E/2 S es 4, etc.
- Un código ID2 (codificación de 4 bits) que determina las funcionalidades
internas del slave.
- Un código ID1 (codificación de 4 bits) que representa una identificación
adicional del slave.
Esta identificación permite al master AS-Interface reconocer la configuración
presente en el bus. La asociación AS-Interface ha desarrollado estos perfiles
diferentes.
Se utilizan para distinguir entre las salidas, entradas y módulos mixtos, familias
de dispositivos «inteligentes», etc.
Número máximo
de slaves y de
entradas/salidas
Un bus AS-Interface puede soportar como máximo en el mismo bus:
- 31 slaves de direccionamiento estándar, de manera que cada slave pueda
disponer de un máximo de 4 entradas o 4 salidas, de la dirección 1 a 31.
- 62 slaves de direccionamiento ampliado, de manera que cada slave pueda
disponer de un máximo de 4 entradas o 3 salidas, de la dirección 1 A/B
a 31 A/B.
Esto permite gestionar un máximo de 248 entradas + 186 salidas, que hacen
un total de 434 entradas/salidas, en el caso de que todos los slaves ampliados
posean 4 entradas y 3 salidas.
<
44
MICRO
Topología y longitud
máxima del
bus AS-Interface
La topología del bus AS-Interface bus es flexible. Se puede adaptar perfectamente a las necesidades del usuario (punto a punto, en línea, con estructura
de árbol, etc.). En cualquier caso, la longitud acumulada de todas las ramas del
bus no deberá sobrepasar los 100 metros sin utilizar el repetidor.
Tiempo de ciclo del bus
AS-Interface:
Se trata del tiempo de ciclo entre los slaves y el módulo master. El sistema
AS-Interface transmite siempre información de longitud idéntica para todos los
slaves del bus. El tiempo del ciclo AS-Interface depende del número de slaves
activos conectados al bus.
El tiempo de escrutinio t representa el tiempo de intercambio entre el master
y los n slaves activos (un máximo de 31 en /A o /B).
O bien:
- Hasta 19 slaves activos, t = 3ms
- De 20 a 31 slaves activos t = (1+n) * 0,156 ms. Cuando los dos slaves A y B
se encuentran en la misma dirección, se escruta un slave de este par cada
dos ciclos. De este modo, para 31 slaves de direccionamiento ampliado
configurados en /A + 31 slaves de direccionamiento configurados en /B,
el tiempo de escrutinio será de 10 ms.
Tiempo de ciclo máximo:
- Un máximo de 5 ms para 31 slaves de direccionamiento estándar o ampliado.
- Un máximo de 10 ms para 62 slaves de direccionamiento ampliado.
Fiabilidad, flexibilidad
El procedimiento de transmisión utilizado (modulación de corriente y codificación Manchester) garantiza un funcionamiento fiable. El master supervisa la
tensión de alimentación de la línea y de los datos que se transmiten. Detecta
los errores de transmisión así como los fallos de los slaves y transmite la
información al controlador.
El intercambio o la conexión de un nuevo slave durante el funcionamiento no
perturban las comunicaciones del master con el resto de slaves.
Si se reemplaza un slave defectuoso, la actualización de la dirección del slave de reemplazo se puede realizar si se admite la función
de direccionamiento automático del módulo master.
Si se produce una utilización mixta de slaves con ajustes de la dirección estándar y ampliados, un slave de direccionamiento
estándar sólo utiliza una dirección de 1(A) a 31(A). La misma dirección seguida de «banco» /B sólo se puede utilizar un slave
de direccionamiento ampliado
<
<
5
AS-I SCHNEIDER
5.4
Descripción de los componentes del módulo master del bus AS-Interface:
TWDNOI10M3
45
El siguiente diagrama muestra las diferentes partes del módulo master AS-Interface
TWDNOI10M3:
N°
Componente
Descripción
1
Pantalla
- Indicadores LED de estado: indican el estado del
bus AS-Interface.
- Indicadores LED de E/S: indican el estado de las
E/S de un slave especificado por los indicadores
de dirección.
- Indicadores LED de dirección: indican la dirección
de los slaves.
2
Botones
Permiten seleccionar una dirección de un slave,
así como cambiar el modo.
3
Terminal
de usuario
Se conecta al cable AS-Interface.
4
Conector
del cable
AS-Interface
Permite instalar el terminal.
5
Botón de
retención
Retiene/libera el módulo de un controlador
6
Conector de
ampliación
Permite llevar a cabo la conexión al módulo Twido así
como la conexión de otro módulo de E/S.
7
Etiqueta del
producto
Indica la referencia y las especificaciones del módulo.
<
46
MICRO
5.5
Características técnicas del módulo TWDNOI10M3 y del bus AS-Interface V2
5.5.1
Bus AS-Interface V2
Características técnicas:
5.5.2
Característica
Valor
Tiempo de ciclo máximo
del bus AS-Interface:
- De 1 a 19 slaves = 3 ms.
- De 20 a 62 slaves = (1+n) x 0,156 ms
con n = número de slaves activos.
- 5 ms para 31 slaves de direccionamiento
estándar o ampliado
- 10 ms para 62 slaves de direccionamiento
ampliado.
Número máximo de slaves
del bus:
31 slaves de direccionamiento estándar o
62 slaves de direccionamiento ampliado.
Longitud máxima del bus
AS-Interface
Todas las bifurcaciones sin repetidor: 100 m
Con dos repetidores: 300 m
Número máximo de E/S
gestionados por el bus.
Slaves de direccionamiento estándar:
124 entradas + 124 salidas
Slaves de direccionamiento ampliado:
248 entradas + 186 salidas
Tensión nominal de la
alimentación del bus.
30 VDC
Módulo ASInterface TWDNOI10M3
Características técnicas:
Característica
Valor
Temperatura de
funcionamiento
Temperatura ambiente en funcionamiento
entre 0 y 55 °C
Temperatura de
almacenamiento
De -25 °C a +70 °C
Humedad relativa
Del 30 % al 95 % (sin condensación)
Grado de contaminación
2 (IEC60664)
Grado de protección
IP20
Altitud
Funcionamiento: de 0 a 2.000 m
Transporte: de 0 a 3.000 m
<
<
5
AS-I SCHNEIDER
47
Resistencia
a las vibraciones
Montado sobre un riel DIN:
De 10 a 57 Hz con una amplitud de 0,075 mm;
de 57 a 150 Hz con una aceleración de 9,8
m/s2 (1G); 2 horas por eje en cada uno de los
tres ejes perpendiculares entre sí.
Montado sobre la superficie de un panel:
De 2 a 25 Hz con una amplitud de 1,6 mm; de
25 a 100 Hz con una aceleración de 39,2 m/s2
(4G); Lloyd’s, 90 minutos por eje en cada uno
de los tres ejes perpendiculares entre sí.
Resistencia a golpes
147 ms2 (15G), 11 ms de duración, 3 golpes
por eje en los tres ejes perpendiculares entre sí
(IEC 61131).
Rango de tensión permitido
de 29,5 a 31,6 VDC
Corriente consumida
en el bus AS-Interface
65 mA típica/110 mA máxima
Protección contra la
inversión de polaridad
en las entradas del bus
Sí
Conector en placa madre
MSTB2.5/3-GF-5.08BK (Phoenix Contact)
Número medio de
conexiones y desconexiones
del conector
100 veces como mínimo
Consumo de alimentación
A 5 VDC: 80 mA
A 24 VDC: 0 mA
Pérdida de energía
540 mW (24 VDC)
Peso
85 g
RECUERDE que...
CONEXIÓN A OTROS MÓDULOS DE EXPANSIÓN:
- Cuando se conecta un módulo AS-Interface a un módulo Twido, no se debe conectar más de cinco módulos de ampliación de E/S (si normalmente un módulo Twido
puede aceptar siete) debido a la cantidad de calor generada.
- El módulo master AS-Interface puede aceptar siete slaves de E/S analógicas como
máximo; en caso contrario, el sistema AS-Interface no funcionará correctamente.
<
48
MICRO
5.6
Cableado y conexiones
5.6.1
Diferentes tipos de cables
Los cables del bus AS-Interface transmiten las señales y proporcionan una alimentación de 30 VDC a los sensores y accionadores conectados al bus.
Tipos de cables AS-Interface:
Tipo de cable
Características
Cable plano
AS-Interface
Color de la manga
protectora: amarillo
Sección transversal de los
conductores: 1,5 mm2.
Cable redondo
estándar o cables
separados
5.6.2
Sección transversal
de los conductores:
- Trenzado:
de 0,5 mm2 a 1,0 mm2
- Sólidos:
de 0,75 mm2 a 1,5 mm2.
Ilustración
(azul)
(marrón)
(azul)
(marrón)
Procedimiento de conexión del módulo master AS-i al bus
En la tabla siguiente se describe el procedimiento de conexión:
Pasos
Descripción
1
Retirar el bloque de terminales del conector de bus del módulo.
2
Respetar las polaridades del cable AS-Interface: cable de color marrón
para el polo AS-i+ y cable de color azul para el polo AS-i-. Conectar
los cables según los colores indicados en el bloque de terminales.
3
Conectar el bloque de terminales de puesta a tierra AS-Interface al
riel DIN (consulte el diagrama).
4
Con un destornillador, apriete los tornillos del terminal entre el par
0,5 y 0,6 Nm. La utilización de casquillos terminales engastados
en las terminaciones de los conductores trenzados o sólidos evitará
que el cable se salga de la terminal.
5
Insertar el bloque de terminales del conector del bus en el módulo.
Con un destornillador, apriete los tornillos de montaje del terminal
entre el par 0,3 y 0,5 Nm.
<
<
5
AS-I SCHNEIDER
49
RECUERDE que...
RIESGO DE DESCARGA ELÉCTRICA: No toque las terminaciones del cable, ni
siquiera inmediatamente después de desconectar el módulo. Si no se respetan estas
precauciones pueden producirse graves lesiones o daños materiales.
Ilustración sobre la conexión.
RECUERDE que...
ALIMENTACIÓN DEL BUS AS-INTERFACE V2: Utilizar una alimentación AS-Interface
SELV (tensión de seguridad muy baja), con una tensión nominal de 30 VDC.
Si no se respetan estas precauciones pueden producirse graves lesiones o daños
materiales.
5.7
Botones y modos de funcionamiento del módulo TWDNOI10M3
5 . 7. 1
Presentación
Las acciones ejecutadas mediante los botones PB1 y PB2 de la parte frontal del módulo AS-Interface dependen de la duración de la pulsación. Si se trata de una “pulsación
larga”, se selecciona el modo de funcionamiento, mientras que si se trata de una “pulsación corta”, se selecciona la dirección del slave que se va a diagnosticar. Si la duración de
la pulsación en los botones no corresponde a ninguna de las citadas, o la pulsación se
lleva a cabo en los dos botones a la vez, el estado del módulo no sufre ningún cambio.
5 . 7. 2
Ilustración
En la ilustración siguiente se indica la posición de los botones:
<
50
MICRO
5 . 7. 3
Pulsación de los botones
50
En la tabla siguiente se describe la función de los botones:
Acción
Descripción
Pulsación larga
Una “pulsación larga” se produce cuando el botón se pulsa
durante 3 segundos o más. Utilice este tipo de pulsación
para modificar el modo de funcionamiento del master ASInterface.
Pulsación breve
Una “pulsación breve” se produce cuando el botón se pulsa
durante 0,5 segundos como máximo. Utilizar una pulsación
breve para modificar la dirección del slave cuyo estado de
entradas y salidas se desea visualizar mediante los indicadores del master AS-Interface. Al pulsar en PB1, aumenta la
dirección del slave, mientras que al hacerlo en PB2, disminuye. Si se pulsa PB1 al llegar a la última dirección 31B,
aparece de nuevo la primera dirección 0A.
5.8
Modos de funcionamiento del módulo master AS-Interface
5.8.1
Presentación
Desde el momento en que se conecta, el módulo AS-Interface está en modo conectado. El módulo Twido puede, por lo tanto, comunicarse con el master AS-Interface
para visualizar y controlar el estado de cada slave. El modo conectado incluye los tres
modos siguientes:
- Modo protegido normal: Al realizar la conexión, el módulo master AS-Interface entra
en este modo si no se produce ningún error. Este es el modo de funcionamiento
normal para que el master AS-Interface intercambie datos de comunicación con los
slaves conectados.
- Modo protegido normal Local (sin conexión de software): Para acceder a este modo
desde el modo anterior, es necesario realizar una “pulsación larga” en el botón PB2.
El master AS-Interface interrumpe toda comunicación con los slaves y permite realizar operaciones como la inicialización del módulo master. En este modo, el módulo
Twido no puede visualizar el estado de los slaves. El indicador OFF (véase Visualización de los modos de funcionamiento del master AS-Interface) del master ASInterface se enciende para indicar el modo Local. Para volver al modo anterior, es
necesario realizar una “pulsación larga” en el botón PB2.
- Modo protegido normal Intercambio de datos desactivado: El acceso y la salida de
este modo sólo se pueden realizar a través del programa de usuario en TwidoSoft.
En este modo no se puede llevar a cabo ninguna comunicación con los slaves.
<
<
5
AS-I SCHNEIDER
5.9
Panel de visualización del módulo AS-Interface TWDNOI10M3+
5.9.1
Presentación
51
El módulo master AS-Interface TWDNOI10M3 contiene una pantalla que incluye indicadores LED de estado, de entrada y salida y de dirección.
5.9.2
Ilustración
Ilustración del panel de visualización:
5.9.3
Visualización de los estados del módulo
Los indicadores LED de estado ubicados en la parte posterior del módulo son los
encargados de mostrar información según su estado (indicador apagado o encendido) sobre el modo de funcionamiento del módulo.
Descripción de los indicadores LED de estado:
Indicador
PWR
LED
Estado Descripción
Indica si el módulo AS-Interface está conectado.
Indica que el módulo AS-Interface no recibe
suficiente alimentación.
FLT
Indica que la configuración cargada en el master
AS-Interface no es correcta o que se ha producido
un error en el bus AS-Interface.
Funcionamiento correcto del módulo.
<
52
MICRO
LMO
Indica que el módulo no se encuentra en modo
local (el módulo permanece en modo conectado
desde el arranque).
Nota: Parpadea durante el arranque.
CMO
Indica que el módulo se encuentra en modo
conectado.
OFF
Indica que el módulo se encuentra en el modo
normal sin conexión.
Indica que el módulo se encuentra en otro modo
de funcionamiento.
CNF
Este indicador ya no se utiliza.
Nota: parpadea durante el arranque.
Iluminado
Apagado
5.9.4
Visualización de los modos de funcionamiento del master AS-Interface
Los modos de funcionamiento del módulo AS-Interface se pueden cambiar con los
botones o con el software de programación TwidoSoft. Los indicadores LED de estado también indican el modo en el que se encuentra el módulo AS-Interface.
Tabla de visualización de los modos:
Modos de
funcionamiento
PWR
FLT
Modo protegido
normal
Modo protegido
normal (sin conexión)
Modo protegido
normal (intercambio
de datos desactivado)
Iluminado
Apagado
LMO
CMO
OFF
CNF
<
<
5
AS-I SCHNEIDER
5.10
Diagnóstico del bus AS-Interface
53
Los indicadores LED de entradas y salidas y de dirección permiten visualizar la presencia y el estado de funcionamiento de cada slave en el bus AS-Interface.
Tabla de diagnóstico:
Estado de los
indicadores
LED de dirección
Estado de los
indicadores
LED IN/OUT
Descripción
El slave de esta dirección existe
y tiene las entradas y salidas
encendidas y activadas.
El slave de esta dirección está
presente, aunque contiene un error.
No existe ningún slave asignado
a esta dirección.
La comunicación en el bus ASInterface se interrumpe porque
no se suministra alimentación o
porque el módulo AS-Interface
se encuentra en modo protegido
normal sin conexión.
Iluminado
Apagado
Parpadeando
A dirección del slave se selecciona con los botones PB1 y PB2. Una dirección con
un slave asignado se puede leer con el LED de dirección, tal como se indica en el
siguiente ejemplo:
Los indicadores 2x, x5 y B encendidos indican que un slave de la dirección 25B se
encuentra presente.
<
54
MICRO
6
Puesta en Marcha
Introducción
El bus AS-Interface (sensor del accionador-interfase) permite conectar, mediante un
cable único, captadores/accionadores en el nivel más bajo de la automatización. Estos
captadores/accionadores se definen en la documentación como equipos slave.
La puesta en marcha de la aplicación AS-Interface hace necesario definir el contexto
físico de la aplicación en la que se integrará (bus de ampliación, alimentación, procesador, módulos, equipos slave AS-Interface conectados al bus) y asegurar la instalación
del software.
El segundo aspecto se llevará a cabo desde los diferentes editores de TwidoSoft:
- En modo local
- En modo online
6.1
Bus AS-Interface V2
El módulo master AS-interface TWDNOI10M3 integra las siguientes funciones:
- Perfil M3: este perfil cubre las funcionalidades definidas por el estándar AS-Interface
V2, pero no admite los perfiles analógicos S7-4.
- Un canal AS-Interface por módulo
- Direccionamiento automático del slave con la dirección 0
- Gestión de perfiles y parámetros
- Protección contra la inversión de polaridad en las entradas del bus
- El bus AS-Interface permite, por lo tanto:
- Hasta 31 slaves de dirección estándar y 62 de dirección ampliada
- Hasta 248 entradas y 186 salidas
- Hasta 7 slaves analógicos (4 E/S máx. por esclavo)
- Un tiempo de ciclo de 10 ms como máximo
- Se puede conectar un máximo de dos módulos master AS-Interface a un controlador
modular Twido o a un controlador compactoT WDLCoA24DRF o TWDLCAo40DRF.
6.2
Descripción funcional general
6.2.1
Presentación general
En la configuración AS-Interface, el software TwidoSoft permite al usuario:
- Configurar el bus (declaración de los slaves y atribución de las direcciones
en el bus) de forma manual.
- Adaptar la configuración según la que se encuentra presente en el bus.
- Tener en cuenta los parámetros de los slaves.
- Controlar el estado del bus.
- Para ello, toda la información procedente o enviada al master AS-Interface se
almacena en los objetos (palabras y bits) específicos.
<
<
6
PUESTA EN MARCHA
6.2.2
Estructura del master AS-Interface
55
El acoplador AS-Interface integrado en los campos de datos que permiten gestionar
listas de slaves e imágenes de datos de entradas/salidas. Esta información se almacena en la memoria volátil.
En el siguiente esquema se muestra la arquitectura del acoplador TWDNOI10M3.
Leyenda:
Dirección
Elemento
Descripción
1
Datos de E/S
(IDI, ODI)
Imágenes de las 248 entradas y de las
186 salidas del Bus AS-Interface V2.
2
Parámetros actuales
(PI, PP)
Imagen de los parámetros de todos
los slaves.
3
Configuración/
Identificación
(CDI, PCD)
Este campo contiene todos los códigos
de E/S y los códigos de identificación
de todos los slaves detectados
4
LDS
Lista de todos los slaves detectados
en el bus.
5
LAS
Lista de los slaves activados en el bus.
6
LPS
Lista de los slaves previstos en el bus
y configurados por TwidoSoft.
7
LPF
Lista de los slaves que tienen un fallo
de dispositivo periférico.
<
56
MICRO
6.2.3
Estructura de los equipos slaves
Cada uno de los slaves de direccionamiento estándar cuenta con:
- 4 bits de entrada/salida
- 4 bits de parametrización
Cada uno de los slaves de direccionamiento ampliado cuenta con:
- 4 bits de entrada/salida (último bit destinado sólo a la entrada)
- 3 bits de parametrización
- Cada slave posee su propia dirección, así como un perfil y un subperfil (definición
del intercambio de variables).
- La figura que se muestra a continuación muestra la estructura de un slave de
direccionamiento ampliado:
Leyenda:
Dirección
Elemento
Descripción
1
Datos de
entradas/salidas
El slave almacena los datos de entradas
y los pone a disposición del master
AS-Interface. El acoplador master actualiza
los datos de salidas.
2
Parámetros
Los parámetros permiten controlar y
conmutar los modos de funcionamiento
internos del captador o accionador.
<
<
6
PUESTA EN MARCHA
57
3
Configuración/
Identificación
Este campo contiene:
- El código correspondiente a la configuración de las entradas/salidas (I/O).
- El código de identificación del slave (ID).
- Los subcódigos de identificación del
slave (ID1 y ID2).
4
Dirección
Dirección física del slave.
Los parámetros de funcionamiento, dirección, datos de configuración y de identificación se almacenan en una memoria no volátil.
6.3
Principios de instalación del software
6.3.1
Presentación
Para respetar la filosofía adoptada en TwidoSoft, el usuario debe proceder por pasos
para crear una aplicación AS-Interface.
6.3.2
Principio de instalación
El usuario ha de saber cómo configurar de forma funcional el bus AS-Interface (véase
Inserción de un equipo slave en una configuración AS-Interface V2 existente, p. 71).
En la tabla siguiente se muestran las diferentes fases de instalación del software del
bus AS-Interface V2.
Modo
Fase
Descripción
Local
Declaración del
acoplador.
Selección del emplazamiento del módulo
master AS-Interface TWDNOI10M3 en el
bus de ampliación.
Configuración del
canal del módulo.
Selección de los modos “master”.
Declaración de los
equipos slaves.
Selección, para cada equipo, de:
- El número de emplazamiento en el bus.
- El tipo de slave de direccionamiento
estándar o direccionamiento ampliado.
Validación de los
parámetros de
configuración.
Validación en el slave.
Validación global
de la aplicación.
Validación de aplicación.
<
58
MICRO
Local o
conectado
Conectado
Simbolización
(opcional)
Simbolización de las variables asociadas
a los equipos slaves.
Programación
Programación de la función AS-Interface
V2.
Transferencia
Transferencia de la aplicación en el
autómata.
Depuración
Depuración de la aplicación mediante:
- La pantalla de depuración que permite
visualizar los slaves (dirección, parámetros) y direccionar los esclavos en las
direcciones deseadas.
- Las pantallas de diagnóstico que permiten identificar los fallos.
La declaración y la eliminación del módulo master AS-Interface en el bus de ampliación se desarrolla como para otro módulo de
ampliación. Sin embargo, una vez que se han declarado dos módulos master AS-Interface en el bus de expansión, TwidoSoft no
permite declarar otro.
6.4
Descripción de la pantalla de configuración del bus AS-Interface
6.4.1
Presentación
La pantalla de configuración del módulo master AS-Interface le permite acceder a los
parámetros asociados al módulo y a los equipos slaves.
Permite visualizar y modificar los parámetros en modo offline.
Ilustración de la pantalla de configuración en modo offline.
<
<
6
PUESTA EN MARCHA
6.4.2
Descripción de la pantalla en modo offline
59
Esta pantalla agrupa toda la información que compone el bus en tres bloques de
información:
Bloques
Descripción
Configuración
de AS-Interface
deseada por el usuario: visualización de
slaves con configuración de direcciones estándar y ampliadas previstos en el bus. Mueva el cursor en sentido descendente por la barra vertical para acceder a las direcciones
siguientes. Las direcciones atenuadas corresponden a las
direcciones que no se pueden utilizar para configurar
un slave. Si, por ejemplo, se declara un nuevo slave con
configuración de dirección estándar con la dirección 1A,
la dirección 1B se atenuará automáticamente.
Slave xxA/B
Imagen del bus
Configuración
del slave selecModo Master
cionado:
- Características: código E/S, código ID, códigos ID1 e ID2
(perfiles) y comentarios sobre el slave.
- Parámetros: lista de parámetros (modificable), en forma
binaria (cuatro casillas de verificación) o decimal (una
casilla) a elección del usuario.
- Entradas/salidas: lista de las E/S disponibles y sus direcciones respectivas.
Activación o desactivación posible de las dos funciones
disponibles para el módulo AS-Interface (direccionamiento
automático, por ejemplo). “No hay red” le permite forzar el
bus AS-Interface para que entre en modo offline. El modo
“Direccionamiento automático” está seleccionado por
defecto. Nota: La función de activación de intercambio de
datos aún no está disponible.
La pantalla tiene también tres botones:
Botones
Descripción
Aceptar
Permite guardar la configuración del bus AS-Interface
visible en la pantalla de configuración. A continuación,
vuelve a la pantalla principal. La configuración puede transferirse entonces al controlador Twido.
Cancelar
Vuelve a la pantalla principal sin tener en cuenta las
modificaciones en curso.
Ayuda
Abre una ventana de ayuda en la pantalla.
Sólo se pueden realizar modificaciones en la pantalla de configuración en modo offline.
<
60
MICRO
6.5
Configuración del bus AS-Interface
6.5.1
Introducción
La configuración del bus AS-Interface se realiza mediante la pantalla de configuración en modo local. Una vez seleccionados el master AS-Interface y los modos
master seleccionados, la configuración del bus AS-Interface consiste en configurar
los equipos slaves.
6.5.2
Procedimiento de declaración y configuración de un slave
Procedimiento que se ha de seguir para crear o modificar un slave en el bus ASInterface V2:
Paso
Acción
1
En la celda de la dirección deseada (no atenuada) de la
imagen del bus:
- Hacer doble clic: ir al paso 3 O
- Hacer clic con el botón derecho del ratón:
- Resultado:
Aparece un menú contextual.
Este menú permite:
- Configurar un nuevo slave en el bus.
- Modificar la configuración del slave deseado.
- Copiar (o Ctrl+C), cortar (o Ctrl+X) y pegar (o Ctrl+V)
un slave.
- Eliminar un slave (o Supr).
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6
PUESTA EN MARCHA
2
61
En el menú textual, seleccionar:
- “Nuevo” para crear un slave nuevo: aparece una pantalla
de configuración del slave, en la que el campo “Dirección”
indica la dirección seleccionada, los campos de “Perfil” tienen
el valor F de forma predeterminada y los demás campos de
la pantalla están vacíos.
- “Abrir” para crear un slave nuevo o para modificar la configuración del slave seleccionado. En el caso de un slave nuevo,
aparece una pantalla nueva para configurar el slave, en la
que el campo “Dirección” indica la dirección seleccionada, los
campos de “Perfil” tienen el valor F de forma predeterminada
y los demás campos de la pantalla están vacíos. En el caso
de una modificación, la pantalla de configuración del slave
aparece con los campos que contienen los valores definidos
previamente del slave seleccionado.
- Ilustración de una pantalla de configuración para un
slave nuevo:
3
En la pantalla de configuración del slave que se muestra,
introducir o modificar:
- El nombre del nuevo perfil (máximo 13 caracteres)
- Un comentario (opcional) También se puede hacer clic
en el botón “Catálogo...” y seleccionar un slave de la familia
de perfiles AS-Interface preconfigurado.
4
Introducir:
- El código IO (corresponde a la configuración entrada/salida).
- El código ID (identificador), más ID1 e ID2 para un tipo
ampliado.
Los campos “Entradas” y “Salidas” indican el número de canal de entrada y de salida.
Se implementan de forma automática al introducir el código IO.
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62
MICRO
5
Definir para cada parámetro:
- Su toma en cuenta por parte del sistema (casilla seleccionada en la opción “Bits”, o valor decimal entre 0 y 15 en la
opción “Decimal”).
- Una etiqueta más significativa que “Parámetro X” (opcional).
Los parámetros seleccionados son la imagen de los parámetros permanentes que se deben
proporcionar al master AS-Interface.
6
Modificar “Dirección”, si es necesario (en el límite de las direcciones disponibles en el bus), mediante un clic en las flechas
arriba/abajo situadas a la izquierda de la dirección (acceso en
las direcciones autorizadas) o mediante la introducción directa
de la dirección a través del teclado.
7
Validar la configuración del slave mediante un clic en el botón
“Aceptar”.
El resultado es la verificación de que:
- Los códigos IO e ID están autorizados
- La dirección del slave se ha autorizado (en caso de introducción mediante el teclado) según el código ID (los slaves
“banco”/B sólo están disponibles si el código ID es igual
a A).
En caso de error, un mensaje advierte al usuario del tipo de
error (ejemplo: “El slave no puede tener esta dirección”) y la
pantalla se vuelve a mostrar con los valores iniciales (en el
perfil o la dirección, según el error).
El software limita el número de declaraciones de slave analógico a 7.
Acerca del catálogo Schneider AS-Interface: al hacer clic en el botón Catálogo, se pueden crear y configurar slaves en
“Familia privada” (diferentes de los del catálogo Schneider AS-Interface).
6.5.3
Catálogo AS-Interface
El botón Catálogo facilita la configuración de los slaves en el bus. Si se utiliza este
botón con un slave de la familia Schneider, la será muy sencilla y rápida Si hace clic
en el botón “Catálogo...” de la ventana “Configurar un slave AS-Interface”, se abre la
ventana siguiente.
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6
PUESTA EN MARCHA
63
En el menú desplegable, se puede acceder a todas las familias del catálogo ASInterface Schneider:
Puede ver las características de un slave mediante un clic en el botón “Detalles”.
Puede añadir y configurar slaves que no forman parte del catálogo de Schneider.
Basta con seleccionar la familia privada y configurar el slave nuevo.
Una vez que haya seleccionado la familia, aparecerá la lista de slaves correspondiente. Haga clic en el slave deseado y valide mediante un clic en “Aceptar”.
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64
MICRO
6.6
Descripción de la pantalla de depuración
6.6.1
Presentación
Cuando el PC está conectado al controlador (después de cargar la aplicación en el
autómata), la pestaña "Depuración" situada a la derecha de la pestaña “Configuración”
permite acceder a la pantalla de depuración.
La pantalla de depuración proporciona, dinámicamente, una imagen del bus físico que
incluye:
- La lista de slaves previstos (introducidos) durante la configuración con su nombre
y la lista de los slaves detectados (de nombre desconocido si no fuesen previstos),
- el estado del acoplador AS-Interface y de los equipos slaves, y
- la imagen del perfil, los parámetros y valores de las entradas y salidas de los slaves
seleccionados.
También permite al usuario:
- Obtener un diagnóstico de los slaves erróneos (véase Visualización de los estados
de los slaves),
- modificar la dirección de un slave en modo conectado (véase Modificación de la
dirección de un esclavo),
- transmitir la imagen de los slaves a la pantalla de configuración (véase
Actualización de la configuración del bus AS-Interface en modo conectado) y
- dirigir todos los slaves a las direcciones deseadas (durante la primera depuración).
6.6.2
Ilustración de la pantalla “Depuración”
La ilustración de la pantalla de depuración (solamente en modo conectado) aparece
del siguiente modo:
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6
PUESTA EN MARCHA
6.6.3
Descripción
65
La pantalla “Depuración” proporciona la misma información que la pantalla de configuración (véase Descripción de la pantalla en modo offline, p. 59). Las diferencias
se enumeran en la tabla siguiente:
Bloque
Descripción
Configuración de
AS-Interface V2
Imagen del bus físico.
Incluye el estado de los slaves:
- Indicador verde: el slave de esta dirección está activo.
- Indicador rojo: el slave de esta dirección es erróneo y
un mensaje le informa del tipo de error en la ventana
“Error en el escalón”.
Slave xxA/B
Imagen de la configuración del slave seleccionado:
- Características: imagen del perfil detectado (atenuada,
no modificable).
- Parámetros: imagen de los parámetros detectados.
El usuario solamente puede elegir el formato de visualización de los parámetros.
- Entradas/Salidas: se muestran los valores de las
entradas y salidas detectadas, no modificables.
Error en el escalón
Informa del tipo de error si el slave seleccionado es
erróneo.
Bus AS-Interface
Información resultante de un comando implícito “Read
Status”.
- Indica el estado del bus: por ejemplo, "Configuración
OK = OFF" indica que la configuración prevista
por el usuario no se corresponde con la configuración
física del bus.
- Indica las funciones autorizadas en el módulo master
del bus AS-Interface: por ejemplo, “Direccionamiento
automático activo = ON” indica que el modo master
de direccionamiento automático está autorizado.
6.6.4
Visualización de los estados de los slaves
Si el indicador asociado a una dirección está en rojo, su slave asociado es erróneo.
La ventana “Error en el escalón” proporciona el diagnóstico del slave seleccionado.
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66
MICRO
Descripción de los errores:
- El perfil previsto por el usuario al configurar una dirección determinada no se
corresponde con el perfil real detectado en dicha dirección del bus (diagnóstico:
“Error de perfil”).
- El bus ha detectado un nuevo slave no previsto en la configuración: aparece un
indicador rojo en esta dirección y el nombre del slave aparece como “Desconocido”
(diagnóstico: “Slave no proyectado”).
- Fallo de dispositivo si el slave detectado lo admite (diagnóstico: “Fallo de dispositivo”).
- Existe un perfil previsto en la configuración pero el bus no detecta ningún slave
con esta dirección (diagnóstico: “Slave no detectado”).
6.7
Modificación de la dirección de un esclavo
6 . 7. 1
Presentación
El usuario puede, mediante la pantalla de depuración, modificar la dirección de un
slave en modo conectado.
6 . 7. 2
Modificación de la dirección de un esclavo
En la taba siguiente se muestra el procedimiento para modificar la dirección de un
slave:
Paso
Acción
1
Acceder a la pantalla de “Depuración”.
2
Seleccionar un slave en el área “Configuración de
AS-Interface V2”.
3
Ejecutar una acción de “arrastrar y soltar” mediante el ratón
hacia la celda correspondiente a la dirección deseada.
Ilustración: arrastrar y soltar desde el slave 3B hacia la
dirección 15B.
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6
PUESTA EN MARCHA
67
Resultado: Se realiza un control automático de todos los parámetros del slave
para comprobar si la operación es posible. Ilustración del resultado:
Tras la operación, el diagnóstico del slave en la dirección 3B muestra “slave
no detectado”, indicando así que el slave previsto en esta dirección no está
presente. Al seleccionar la dirección 15B, se encuentran el perfil y los parámetros del slave desplazado; el nombre del slave permanece desconocido, ya que
no se había previsto en esa dirección.
El perfil y los parámetros de un slave no se pueden añadir al nombre. Varios slaves con distinto nombre pueden tener
los mismos perfiles y parámetros.
6.8
Actualización de la configuración del bus AS-Interface en modo conectado
6.8.1
Presentación
En modo conectado, no se autoriza ninguna modificación de la pantalla de configuración
y la configuración del hardware y del software pueden ser diferentes. Cualquier diferencia en el perfil o en los parámetros de un slave prevista o no en la configuración se puede
tener en cuenta en la pantalla de configuración. Es posible transmitir cualquier modificación a la pantalla de configuración antes de transferir la nueva aplicación al autómata.
El procedimiento que se ha de seguir para tener en cuenta la configuración del hardware es el siguiente:
Paso
Descripción
1
Transferencia de la configuración del slave deseado a la
pantalla de configuración.
2
Aceptación de la configuración en la pantalla de configuración.
3
Validación de la configuración nueva.
4
Transferencia de la aplicación al acoplador.
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68
MICRO
6.8.2
Transferencia de la imagen de un slave a la configuración
En caso de detección en el bus de un slave no previsto en la configuración, aparece un
slave “Desconocido” en el área “Configuración de AS-Interface V2” de la pantalla de
depuración en la dirección detectada. En la tabla siguiente se indica el procedimiento
para transferir la imagen del slave “Desconocido” a la pantalla de configuración:
Paso
Descripción
1
Acceder a la pantalla de “Depuración”.
2
Seleccionar un slave en el área “Configuración de
AS-Interface V2”.
3
Hacer clic con el botón derecho del ratón para seleccionar
“Transferir config.”. Ilustración:
Resultado:
La imagen del slave seleccionado (imagen del perfil y
parámetros) se transfiere a la pantalla de configuración.
4
Volver a realizar la operación para cada uno de los
slaves cuya imagen se desea transferir hacia la pantalla
de configuración.
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6
PUESTA EN MARCHA
6.8.3
Regreso a la pantalla de configuración
69
Cuando el usuario vuelve a la pantalla de configuración, se pueden ver todos los slaves
nuevos (no previstos) transferidos.
Ilustración de la pantalla de configuración una vez transferidos todos los slaves:
Leyenda:
- La cruz significa que hay diferencias entre la imagen del perfil del slave transferido
y el perfil deseado en un principio en la pantalla de configuración.
- El punto de exclamación indica que se ha introducido un nuevo perfil en la pantalla
de configuración.
Explicación:
La pantalla de configuración muestra siempre la imagen permanente de la configuración deseada (de ahí la presencia del slave en 3B a pesar del cambio de dirección
(véase Modificación de la dirección de un esclavo, p. 66), completada por la imagen
actual del bus.
Los perfiles y parámetros de los slaves previstos que aparecen corresponden a los
previstos. Los perfiles y parámetros de los slaves desconocidos que aparecen corresponden a las imágenes de los detectados.
6.8.4
Procedimiento de transferencia de la aplicación definitiva hacia el acoplador
Antes de transferir una aplicación nueva hacia el acoplador, el usuario puede tener en
cuenta, para cada uno de los slaves, la imagen detectada del perfil y de los parámetros (transferida a la pantalla de configuración) o modificar la configuración “a mano”
(véase Procedimiento de declaración y configuración de un slave).
En la tabla siguiente se describe el procedimiento que se ha de seguir para validar y
transferir la configuración definitiva hacia el acoplador:
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70
MICRO
Paso
Acción
1
Desconectar el equipo del acoplador mediante el software.
Nota: No se puede realizar ninguna modificación en la pantalla
de configuración si el equipo está conectado al acoplador.
2
Hacer clic con el botón derecho del ratón en el slave deseado.
3
Existen dos posibilidades:
- Seleccionar “Aceptar conf.” para aceptar el perfil detectado
del slave seleccionado. Ilustración:
Para cada uno de los slaves marcados con una cruz,
hay un mensaje que advierte al usuario de que esa
operación sobrescribirá el perfil inicial (que aparece en
pantalla) del slave.
- Seleccionar la otra opción del menú contextual para
configurar a mano el slave seleccionado.
4
Volver a comenzar la operación para cada uno de los slaves
deseados en la configuración.
5
Pulsar “Aceptar” para validar y crear la nueva aplicación.
Resultado: vuelta automática a la pantalla principal.
6
Transferir la aplicación al acoplador.
<
<
6
PUESTA EN MARCHA
6.9
Direccionamiento automático de un slave AS-Interface V2
6.9.1
Presentación
71
Todos los slaves presentes en el bus AS-Interface deben tener asignada (por configuración) una dirección física única. Esta debe ser la imagen de la que está declarada en TwidoSoft.
El software TwidoSoft ofrece un servicio de direccionamiento automático de los slaves que evita así la utilización de una consola AS-Interface.
El servicio de direccionamiento automático se utiliza para:
- Cambiar un slave que falla.
- Insertar un nuevo slave.
6.9.2
Procedimiento
En la siguiente tabla se detalla el procedimiento que se debe llevar a cabo para definir el parámetro Direccionamiento automático.
Paso
Acción
1
Acceder a la pantalla de configuración del módulo master
AS-Interface V2.
2
Hacer clic en la casilla de verificación Direccionamiento
automático situada en la zona Modo master. Resultado:
El servicio Direccionamiento automático se activará
(casilla marcada) o se desactivará (casilla no marcada).
Observación: El parámetro Direccionamiento automático
aparece seleccionado de forma predeterminada en la pantalla
de configuración.
6.10
Inserción de un equipo slave en una configuración AS-Interface V2 existente
6.10.1
Presentación
Es posible insertar un equipo en una configuración AS-Interface V2 existente sin
tener que recurrir al programador de bolsillo.
Esta operación es posible si:
- El servicio direccionamiento automático del modo de configuración está en
modo activo (véase Direccionamiento automático de un slave AS-Interface V2),
- Únicamente falta un esclavo en la configuración física,
- El slave que se va a insertar está previsto en la pantalla de configuración,
- El slave tiene el perfil previsto en la configuración,
- El esclavo tiene la dirección 0(A).
Así, el acoplador AS-Interface V2 asignará automáticamente al esclavo el valor predeterminado en la configuración.
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72
MICRO
6.10.2
Procedimiento
En la siguiente tabla se detalla el procedimiento que se debe llevar a cabo para que
la inserción automática de un nuevo esclavo sea efectiva.
Paso
Acción
1
Agregar el nuevo esclavo en la pantalla de configuración en
modo local.
2
Realizar una transmisión de configuración hacia el autómata
en modo conectado.
3
Conectar físicamente el nuevo esclavo de la dirección 0(A)
al bus AS-Interface V2.
Es posible modificar una aplicación realizando la manipulación que se ha indicado anteriormente, tantas veces como sea necesario.
6.11
Sustitución automática de un slave AS-Interface V2 que presenta un fallo
6.11.1
Principio
Cuando un esclavo se declara en fallo, es posible sustituirlo automáticamente por un
esclavo del mismo tipo.
La sustitución puede llevarse a cabo sin tener que detener el bus AS-Interface V2 y
sin manipulación alguna en tanto en cuanto esté activado el servicio direccionamiento automático del modo de configuración (véase Direccionamiento automático de un slave AS-Interface V2, p. 71).
Pueden presentarse dos posibilidades:
- El esclavo de recambio está programado con la misma dirección con ayuda del
programador de bolsillo y tiene el mismo perfil y subperfil que el esclavo que presenta un fallo. Por lo tanto, se insertará automáticamente en la lista de esclavos
detectados (LDS) y de esclavos activos (LAS).
- El esclavo de recambio es virgen (dirección 0(A), esclavo nuevo) y tiene el mismo
perfil que el esclavo que presenta un fallo. Adoptará automáticamente la dirección
del esclavo cambiado y se insertará entonces en la lista de esclavos detectados
(LDS) y en la lista de esclavos activos (LAS).
6.12
Direccionamiento de las entradas y salidas asociadas a los equipos slaves
conectados al bus AS-Interface V2
6.12.1
Presentación
Esta página muestra las especificaciones de direccionamiento de las entradas y salidas digitales o analógicas de los equipos Slaves.
Para evitar cualquier confusión con las entradas y salidas remotas, se proponen nuevos símbolos de sintaxis AS-Interface: %IA, por ejemplo.
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<
6
PUESTA EN MARCHA
6.12.2
Ilustración
73
Recordatorio del principio de direccionamiento:
6.12.3
%
IA, QA,
IWA, QWA
x
n
i
Símbolo
Tipo de
objeto
Dirección del
módulo de
ampliación
Dirección
del Slave
Nº de vía
Valores específicos
En la siguiente tabla se especifican los valores de los objetos de los Slaves ASInterface V2:
6.12.4
Elemento
Valores
Comentario
IA
-
Imagen de la entrada física digital del Slave.
QA
-
Imagen de la salida física digital del Slave.
IWA
-
Imagen de la entrada física analógica del Slave.
QWA
-
Imagen de la salida física analógica del Slave.
X
1a7
Dirección del módulo AS-Interface en el bus
de ampliación.
N
De 0A
a 31B
La ubicación 0 no se puede configurar.
I
De 0 a 3
-
Ejemplos
La siguiente tabla presenta varios ejemplos de direccionamiento de las entradas y
salidas:
Objeto de E/S
Descripción
%IWA4.1A.0
Entrada analógica 0 del Slave 1A del módulo AS-Interface
en la posición 4 del bus de ampliación.
%QA2.5B.1
Salida digital 1 del Slave 5B del módulo AS-Interface en la
posición 2 del bus de ampliación.
%IA1.12A.2
Entrada digital 2 del Slave 12A del módulo AS-Interface en
la posición 1 del bus de ampliación.
<
74
MICRO
6.12.5
Intercambios implícitos
Los objetos descritos se intercambian implícitamente, es decir, de forma automática,
con cada ciclo del autómata.
6.13
Programación y diagnóstico del bus AS-Interface V2
6.13.1
Intercambios explícitos
Los objetos (palabras y bits) asociados al bus AS-Interface aportan información (Ej.:
funcionamiento del bus, estado de los Slaves...) y comandos adicionales para efectuar
una programación avanzada de la función AS-Interface.
El bus de expansión intercambia estos objetos explícitamente entre el autómata Twido
y el Master AS-Interface:
- A petición del programa de usuario mediante la instrucción: ASI_CMD (consulte
“Presentación de la instrucción ASI_CMD” más abajo),
- mediante la pantalla de depuración o la tabla de animación.
6.13.2
Palabras de sistema especificadas reservadas
Las palabras de sistemas reservadas en el autómata Twido para los módulos Master
AS-Interface permiten conocer el estado de la red: %SW73 está reservada para el
primer módulo de ampliación AS-Interface y %SW74 para el segundo. Sólo se utilizan los 5 primeros bits de estas palabras, son de sólo lectura.
La tabla siguiente muestra los bits que se utilizan:
Palabras
de sistema
Bit
Descripción
%SW73 y
%SW74
0
Estado del sistema (= 1 si la configuración es
correcta, 0 si no lo es).
1
Intercambio de datos (= 1 si el intercambio de
datos está activado, 0 si está en modo Intercambio
de datos desactivado (véase Modo de
funcionamiento del módulo de interfaz del
bus AS-Interface V2, p. 78).
2
Sistema en stop (= 1 si el modo Local (véase
Modo local, p. 79) está activado, 0 si no lo está).
3
Instrucción ASI_CMD finalizada (= 1 si finalizada,
0 si en curso).
4
Error de instrucción ASI_CMD (= 1 si lo hay, 0
si no lo hay).
<
<
6
PUESTA EN MARCHA
75
Ejemplo
Para el primer módulo de ampliación AS-Interface: Antes de utilizar una instrucción
ASI_CMD, hay que comprobar el bit %SW73: X3 para asegurarse de que no se
está ejecutando ninguna instrucción: compruebe que %SW73: X3 = 1.
Para saber si la instrucción se ha ejecutado correctamente, compruebe que el bit
%SW73: X4 es igual a 0.
6.13.3
Presentación de la instrucción ASI_CMD
Mediante el programa de usuario, la instrucción ASI_CMD permite al usuario programar su red y obtener el diagnóstico de los Slaves. Los parámetros de la instrucción
se transmiten por medio de palabras internas (memorias) %MWx.
La sintaxis de la instrucción es la siguiente: ASI_CMDn %MWx:l
Leyenda:
6.13.4
Símbolo
Descripción
N
Dirección del módulo de ampliación AS-Interface (1 a 7).
X
Número de la primera palabra interna (memoria) transmitida
en parámetro (0 a 254).
L
Longitud de la instrucción en número de word (2).
Uso de la instrucción ASI_CMD
En la tabla siguiente se describe la acción de la instrucción ASI_CMD en función del
valor de los parámetros %MW(x) y %MW(x+1) cuando sea necesario. Para las solicitudes de diagnóstico de los Slaves, el resultado se devuelve al parámetro %MW(x+1).
%MWx
%MWx+1
Acción
1
0
Sale del modo Local.
1
1
Pasa al modo Local.
2
0
Prohíbe el intercambio de datos entre el Master
y sus Slaves (entra en el modo Intercambio de
datos desactivado).
2
1
Autoriza el intercambio de datos entre el Master
y sus Slaves (sale del modo Intercambio de datos
desactivado).
3
Reservado
-
4
Resultado
Leer la lista de Slaves activos (tabla LAS) de la
dirección 0A a 15A (1 bit por Slave).
<
76
MICRO
5
Resultado
Leer la lista de Slaves activos (tabla LAS)
de la dirección 16A a 31A (1 bit por Slave).
6
Resultado
Leer la lista de Slaves activos (tabla LAS)
de la dirección 0B a 15B (1 bit por Slave).
7
Resultado
Leer la lista de Slaves activos (tabla LAS)
de la dirección 16B a 31B (1 bit por Slave).
8
Resultado
Leer la lista de Slaves detectados (tabla LDS)
de la dirección 0A a 15A (1 bit por Slave).
9
Resultado
Leer la lista de Slaves detectados (tabla LDS)
de la dirección 16A a 31A (1 bit por Slave).
10
Resultado
Leer la lista de Slaves detectados (tabla LDS)
de la dirección 0B a 15B (1 bit por Slave).
11
Resultado
Leer la lista de Slaves detectados (tabla LDS)
de la dirección 16B a 31B (1 bit por Slave).
12
Resultado
Leer la lista de los dispositivos erróneos de
los Slaves (tabla LPF) de la dirección 0A a 15A
(1 bit por Slave).
13
Resultado
Leer la lista de los dispositivos erróneos de
los Slaves (tabla LPF) de la dirección 16A a 31A
(1 bit por Slave).
14
Resultado
Leer la lista de los dispositivos erróneos de
los Slaves (tabla LPF) de la dirección 0B a 15B
(1 bit por Slave).
15
Resultado
Lee la lista de los dispositivos erróneos de los
Slaves (tabla LPF) de la dirección 16B a 31B
(1 bit por Slave).
16
Resultado
Leer el estado del bus. Consulte el resultado en
el párrafo que sigue.
El estado del bus se actualiza con cada ciclo del autómata. Pero el resultado de la instrucción ASI_CMD de lectura del bus sólo
está disponible en el ciclo del autómata siguiente.
<
<
6
PUESTA EN MARCHA
6.13.5
Resultado de la instrucción ASI_CMD para leer el estado del bus
77
En caso de lectura del estado del bus mediante la instrucción ASI_CMD (valor del
parámetro %MWx igual a 16), el formato del resultado en la palabra %MWx+1 es el
siguiente:
%MWx+1-
Designación (1=OK, 0=NOK)
Menos significativo
Más significativo
6.13.6
Bit 0
Configuración OK
Bit 1
LDS.0 (Slave presente en la dirección 0)
Bit 2
Direccionamiento automático activo
Bit 3
Direccionamiento automático disponible
Bit 4
Modo de configuración activo
Bit 5
Operación normal activa
Bit 6
APF (problema de alimentación)
Bit 7
Modo local preparado
Bit 0
Fallo de dispositivo
Bit 1
Intercambio de datos activo
Bit 2
Modo local
Bit 3
Modo normal (1)
Bit 4
Fallo de comunicación con el Master
AS-Interface
Bit 5
Instrucción ASI_CMD en curso
Bit 6
Instrucción ASI_CMD errónea
Resultado de la instrucción ASI_CMD para leer el estado de los Slaves
En caso de diagnóstico de los Slaves mediante la instrucción ASI_CMD (valor %MWx
comprendido entre 4 y 15), el estado de los Slaves se devuelve a los bits (1=OK) de
la palabra %MWx+1. La tabla siguiente muestra el resultado en función del valor de
la palabra %MWx:
%MWx
%MWx+1
Valor
Byte más significativo
Bit 7
Bit 6
Bit 5
Bit 4
Bit 3
Bit 2
4, 8, 12
15A
14A
13A
12A
11A
10A
5, 9, 13
31A
30A
29A
28A
27A
26A
6, 10, 14
15B
14B
13B
12B
11B
10B
7, 11, 15
31B
30B
29B
28B
27B
26B
<
78
MICRO
Para leer si el Slave 20B está activo, la instrucción ASI_CMD debe ejecutarse con a
palabra interna %MWx de valor 7. El resultado se devuelve a la palabra interna MWx+1,
el estado del Slave 20B lo da el valor del bit 4 del byte menos significativo: si el bit 4
es igual a 1, el Slave 20B está activo.
Ejemplos de programación de la instrucción ASI_CMD
Para forzar el paso del Master AS-Interface (en posición 1 en el bus de ampliación)
a modo local:
LD 1
[%MW0: = 16#0001]
[%MW1: = 16#0001]
LD %SW73: X3 //Si no hay ninguna instrucción ASI_CMD en curso, continúe
[ASI_CMD1 %MW0:2] //para forzar el paso al modo local
Para leer la tabla de Slaves activos de la dirección 0A a 15A:
LD 1
[%MW0: = 16#0004]
[%MW: = 16#0000 //opcional]
LD %SW73: X3 //Si no hay ninguna instrucción ASI_CMD en curso, continúe
[ASI_CMD1 %MW0:2] //para leer la tabla LAS de la dirección 0A a 15A
6.14
Modo de funcionamiento del módulo de interfaz del bus AS-Interface V2
6.14.1
Presentación
El módulo de interfaz del bus AS-Interface TWDNOI10M3 dispone de tres modos de
funcionamiento para responder a necesidades específicas. Estos modos son:
- El modo protegido,
- El modo local,
- El modo Intercambio de datos desactivado.
El empleo de la instrucción ASI_CMD (véase Presentación de la instrucción ASI_CMD)
en un programa de usuario permite entrar o salir de estos modos.
6.14.1.1
Modo protegido
El modo de funcionamiento protegido es el modo que generalmente se utiliza para
explotar una aplicación. Esto implica que el acoplador AS-Interface V2 está configurado en Twidosoft. Este:
- Comprueba continuamente que la lista de los Slaves detectados es igual a la lista
de los Slaves previstos,
- Controla la alimentación.
En este modo, un Slave no se activará hasta que se declare en la configuración y sea
detectado.
Durante el arranque o la configuración, el autómata Twido fuerza el módulo AS-Interface
a modo protegido.
<
<
6
PUESTA EN MARCHA
6.14.1.2
Modo local
79
Al llegar al modo Local, el acoplador efectúa inicialmente una puesta a cero de todos
los Slaves presentes y detiene los intercambios del bus. Mientras está en el modo
Local, las salidas están forzadas a cero.
Además de con el botón PB2 en el módulo AS-Interface TWDNOI10M3, se puede
acceder al modo local en el programa mediante la instrucción ASI_CMD (véase
Ejemplos de programación de la instrucción ASI_CMD), igual que para salida del
módulo y volver al módulo protegido.
6.14.1.3
Modo Intercambio de datos desactivado
Al llegar al modo Intercambio de datos desactivado, los intercambios del bus siguen
funcionando, pero los datos no se actualizan más. Sólo se puede acceder a este modo
mediante la instrucción ASI_CMD (véase Uso de la instrucción ASI_CMD).
Sacado de Guía de referencia de software SP.pdf / Puesta en marcha del Bus ASinterface V2.
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MICRO
Material didáctico
Micro Capacitación realiza y comercializa una variedad de elementos didácticos de
gran flexibilidad, fácil montaje y re-ubicación o cambio, con posibilidades de expansión con módulos que permiten partir de un modelo básico, y terminar en un poderoso centro de estudio y ensayo.
Paneles serie DIDACTO
Estos paneles están enteramente diseñados por MICRO en un desarrollo compartido por nuestros especialistas de Capacitación y de Ingeniería. Los componentes que
se utilizan para su construcción son los mismos que adopta la industria de todo el
mundo para la implementación de sus automatismos en una amplia gama de aplicaciones y complejidades.
Se entregan con una base de montaje en estructuras de perfiles de aluminio anodizados, y un exclusivo sistema de fijación de elementos de ajuste manual de un cuarto de vuelta que permita su fácil re-ubicación o cambio, facilitando la tarea didáctica
del capacitador y la asimilación de conceptos de los asistentes.
En cuanto a las posibilidades de expansión, se han contemplado diferentes módulos
que permiten migrar de un modelo básico y llegar a implementar hasta un poderoso
Centro de Estudio y Ensayo que incluya PC, interfaces para accionamiento de actuadores, mobiliario, etc., cubriendo variadas tecnologías complementarias.
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7
MICRO CAPACITACIÓN
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Software
Los softwares utilizados tienen como misión amalgamar la potencialidad de la informática aplicada a la enseñanza de automatización. Puede clasificarse en:
1. Softwares de simulación, que pueden diseñar,
ensayar y simular circuitos que incluyan componentes electrónicos, neumáticos e hidráulicos.
2. Softwares de cálculo, información técnica y
selección de componentes adecuados para
cada requisición técnica.
3. Softwares de presentaciones que, preparados
por nuestros ingenieros, optimizan las charlas y
las adecuan al medio al que van dirigidas.
Los referencia a los softwares de simulación, y con el fin de hacerlos interactivos, se
dispone de interfaces que permiten físicamente hacer actuar a los elementos que son
visualizados en el monitor de la computadora.
Material de soporte
Micro Capacitación dispone de variados elementos didácticos para facilitar la transmisión efectiva de los conceptos. Entre ellos se cuenta con componentes en corte,
simbología para pizarra magnética, manuales, videos, transparencias, etc.
Cursos
Micro Capacitación cubre un extenso rango de temarios en los cursos que dicta en
sus aulas que, para tal efecto, posee en su edificio central. Pero también atiende los
requerimientos de la Industria y las instituciones educativas trasladándose con su
laboratorio móvil a las ciudades del interior, y otros países.