Capa física

Redes de Datos en Tiempo real
(2)
CAPA FÍSICA
Ing. José Roberto Vignoni
Instrumentación y
Comunicaciones Industriales
1
Lazo de corriente 20 mA
• En 1962 fue introducido el lazo de corriente
de 20 mA utilizado por los populares
teletipos Modelo 33.
• Digital: permite transformar datos digitales
en flujo o no flujo de corriente.
• Se utilizó hasta mediados de los ’80
• Versiones Simplex y Full-Duplex
Instrumentación y
Comunicaciones Industriales
2
Lazo analógico de corriente 4-20 mA
• Cada lazo de corriente 4-20 mA,
permite transmitir o recibir el valor
de una sola magnitud.
• A diferencia del lazo de 20 mA que
transmite información digital en
forma de corriente.
• El valor de la corriente, variable entre
4 y 20 mA, es la que nos da la
información de la magnitud en
Instrumentación y
cuestión. Comunicaciones
Industriales
3
La IEC estandarizó:
• Transmisores y Receptores: entregar o recibir
una corriente cte. entre 4 y 20 mA.
• Entregar dicha corriente a impedancias de
carga entre 0 y 600 Ω.
• La tensión de salida debe variar entre 1 y 5 V
sobre una resistencia no mayor a 250 Ω.
Instrumentación y
Comunicaciones Industriales
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Se trato de compatibilizar en:
• a) El número de cables necesarios para la
operación del transmisor
• b) La interdependencia entre la capacidad de
carga del transmisor y su fuente de
alimentación.
• c) Las características de aislamiento del
transmisor.
d) “Ripple” y nivel de ruido de la señal de salida.
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5
Ejemplos
+
Fuente de
alimentación
-
+
Transmisor
+
Transmisor
+
Receptor
Fuente de
alimentación
-
-
Receptor
-
Tierra de
señal
Tierra de
señal
+
Transmisor
+
Fuente de
alimentación
-
Receptor
-
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6
Comunicaciones digitales puras
Nivel de Paralelismo
Buses
1
WANs
LANs
10
100
1000
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Distancia (m)
7
Paralelo
• 1:1
– Centronics
• 1:n
– GP IB (General Purpose Instrumentation Bus)
– IEC-488
– SCSI (Small Computer System Interface)
• m:n
–
–
–
–
ISA (Industry Standard Architecture)
EISA (Extended Industry Standard Architecture)
PCI (Peripheral Component Interconnect)
CAMAC (Computer Automated Measurement And
Control)
– Multibus
– VME (Versa Module
Europa)
Instrumentación y
8
Comunicaciones Industriales
• Serie
• 1:1
• RS232
• RS422
• 20 mA
1:n
Bus de Campo
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m:n
LAN
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Comunicación Serie
• REDES
-PAN (Personal Area network)
-HAN (Home Area Network)
-LAN (Local Area Network)
-MAN (Metropolitan Area Network)
-WAN (Wide Area Network)
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Sistema Desbalanceado RS-232
• Cada señal transmitida aparece como una
tensión referida a la tierra de señal
+6
volts Rango
permitido
+2
Voltage VAB
A
GND
-2
Rango
permitido
-6 volts
Tensión negativa = línea en reposo
Alternará entre ese nivel negativo y un nivel
positivo en presencia de datos enviados
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11
Señales de la RS-232.
•Request To Send (RTS) Esta señal se envía de la
computadora (DTE) al módem (DCE) para indicar que se
quieren transmitir datos.
•Clear To Send (CTS) El módem después de recibir la
señal de RTS indica que la computadora puede transmitir.
•Data Terminal Ready (DTR) la computadora informa al
módem que está lista para recibir datos.
Data Set Ready (DSR) Esta línea de señal es afirmada
por el módem en respuesta a una señal de DTR de la
computadora.
•Receive Signal Line Detect (RSLD). A veces se conoce
como detector de portadora.
•Transmit Data (TD)
•Receive Data (RD)
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Capa Física RS-485
• Los Términos Genéricos RS 422/485
responden a los estándares EIA/TIA-422 y
EIA/TIA-485
• Sistemas diferenciales balanceados
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RS-422 y RS-485
• Sistema diferencial balanceado, la tensión de
salida generada por el driver, aparece sobre
un par de cables componiendo una sola
señal
+6
volts Rango
permitido
+2
Voltage VAB
A
B
-2
C
Rango
permitido
-6 volts
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14
• Enable :
• en RS-422, puede o no estar presente
• RS-485, esta línea es imprescindible
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Sistema RS-422 de 4 cables
A
A
T
100Ω
½W
B
R
100Ω
½W
B
A
A
B
B
R
T
100Ω
100Ω
½W
½W
TG
Configuración de tierra
opcional
T Transmisor
R Receptor
Tierra de señal
Tierra de chasis
TG Tierra general
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TG
Configuración de tierra opcional
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Estándar EIA-485
• Hasta un máximo de 32 pares de
dispositivos transmisores/receptores.
• Rango de tensión de modo común Vcm,
tolerable por transmisor y receptor es de
+12 a –7 V.
• Terminaciones en ambos extremos, no así
en las derivaciones intermedias. (para
altas velocidades y distancias largas)
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RS-485 de 4 Cables
A
A
T
100Ω
½W
B
R
100Ω
½W
B
A
A
B
B
R
T
100Ω
100Ω
½W
½W
TG
Configuración de tierra
opcional
T Transmisor
R Receptor
Tierra de señal
Tierra de chasis
TG Tierra general
Instrumentación y
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TG
Configuración de tierra opcional
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RS-485, 2 cables multidrop
1.220 m
Resistencias de terminación
solo en los dos extremos
A
T
B
Rt
A
Rt
B
R
TX
A
B
A
R
B
100Ω
100Ω
100Ω
½w
½w
½w
A
T
B
TX
T
B
TX
Enable
A
RX
R
TG
A
B
100Ω
100Ω
½w
½w
Enable
A
RX
R
B
100Ω
100Ω
½w
½w
TGInstrumentación y
Comunicaciones Industriales
Enable
RX
T
100Ω
½w
TG
T Transmisor
R Receptor
Tierra de señal
Tierra de chasis
TG Tierra general
19
Instrumentación y
Comunicaciones Industriales
20
Ejemplos de conexiones no apropiadas
Instrumentación y
Comunicaciones Industriales
21
Instrumentación y
Comunicaciones Industriales
22
Instrumentación y
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23
Polarización
• Red Inactiva (todos los nodos escuchan) Æ
– Transmisores en alta impedancia Æ
– estado de la linea desconocido
• Para mantener un mínimo
de 200 mV se usan
resistores de Pull-up
y Pull-down
Rp
A
B
Tx
ENABLE
A
Rx
12 KΩ
B
+5 V
Rp
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• Ejemplo de cálculo
– Sistema con 10 nodos
– Impedancia de carga de c/nodo 12 KΩ
– Imped. equivalente (paralelo) 1200 Ω
– 2 Res. de terminación 120 Ω en // 60 Ω
– Impedancia total 57 Ω
• Nivel de tensión entre A y B 200mV
– 3,5 mA mínimo y con alimentación 5 V
– Necesitamos 1428 Ω; tenemos 57 Ω
– Agregamos pull-up = pull-down de
– 685 Ω
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25
• Selección del Cable
– a) Cantidad de conductores
– b) Aislación
– c) Características del cable
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Modelos de transitorios
•
•
•
•
•
•
•
•
IEC 1000-4-5: 1991 y IEEE C62.41-1991
definen una forma de
onda transitoria
“1.2/50 μs – 8/20 μs”
1.2 μs de tiempo de
crecimiento y 50 μs
de tiempo de caída
en un circuito abierto
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27
• IEC 1000-4-5: 1991 y IEEE C62.411991
• 8μs de crecimiento y
20 μs de caída en un
cortocircuito.
• Los niveles de tensión
para las pruebas
varían de 1 a 6 kV
para polaridades
positivas y negativas.
Instrumentación y
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IEEE C62.41-1991
• onda oscilatoria con tiempo de crecimiento
de 0.5 ms, que decae
en forma oscilatoria con
una frecuencia de 100 kH
considerando una
impedancia de fuente
de 12 Ω. Las
Amplitudes 1 a 6 kV
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Protecciones
• Por aislación
Opto-aisladores
Transforamadores
Fibra Optica
Protección contra
Transitorios de modo
común
Vcc
Fuente
aislada
Puerto
Líneas de salida de
datos
Aislación
optica
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Protecciones por derivación
T
A
A
B
B
R
TX
TX
Enable
Enable
RX
A
R
RX
A
B
B
100Ω
T
100Ω
½w
½w
Tierra
General
Tierra
General
• Buena conexión a tierra actúa como referencia
para supresores de transitorios (gaseosos)
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31
Protecciones combinadas
Dispositivo
Vcc
Fuente aislada
Dispositivo de
derivación
Puerto
Líneas de
datos
Tierra de
señal
Tierra
general
• La tierra general está accesible
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32
Protecciones combinadas
Dispositivo
Dispositivo de
derivación
Vcc
Fuente aislada
Puerto
Lineas
de datos
Tierra de
señal
• Tierra general de dificil acceso
• Protege al nodo de transitorios diferenciales
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Protecciones combinadas
• Si existe posibilidad de cortocircuitos con
conductores de potencia agregar fusibles
Dispositivo
Vcc
Líneas
de
datos
Fusible
de
125mA
Tierra de
señal
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