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CONECTORES EMPLEADOS EN LAS COMUNICACIONES DE REDES INDUSTRIALES

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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MÉRIDA
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA
ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA
INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA
MATERIA:
REDES INDUSTRIALES
PROFESOR:
ERWIN SOSA
CONECTORES EMPLEADOS EN LAS COMUNICACIONES INDUSTRIALES
ALUMNO:
DAVID ESTEBAN CORONA DÍAZ
GRUPO:
8EV
29 DE ENERO DE 2019
Contenido
INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................. 3
CONECTORES USADOS EN LAS COMUNICACIONES ........................................................ 3
-
PS – 2 ..................................................................................................................................... 3
-
DIN .......................................................................................................................................... 3
-
DB – 9..................................................................................................................................... 3
-
DB – 25 .................................................................................................................................. 4
-
RJ11 ....................................................................................................................................... 4
-
RJ45 ....................................................................................................................................... 4
-
VGA ........................................................................................................................................ 5
-
DVI .......................................................................................................................................... 5
-
RCA ........................................................................................................................................ 5
-
USB......................................................................................................................................... 5
-
USB 2.0 .................................................................................................................................. 6
-
USB 3.0 .................................................................................................................................. 6
-
JACK....................................................................................................................................... 6
-
HDMI....................................................................................................................................... 7
-
TOSLINK................................................................................................................................ 7
Redes de comunicación ............................................................................................................... 7
-
AS-i ......................................................................................................................................... 7
-
PROFIBUS ............................................................................................................................ 8
-
CAN ...................................................................................................................................... 10
-
ModBus ................................................................................................................................ 11
CONCLUSIÓN ................................................................................................................................ 12
BIBLIOGRAFÍAS ........................................................................................................................... 13
INTRODUCCIÓN
En este documento se presentan los diferentes tipos de conectores que se han
utilizado a lo largo de la historia para emplearse en las comunicaciones y el manejo
de redes de comunicación a nivel doméstico e industrial; así como sus
características, algunas ventajas y desventajas y los protocolos que se
implementaron en la creación de estos sistemas de comunicación.
CONECTORES USADOS EN LAS COMUNICACIONES
- PS – 2
Los ordenadores solían tener dos conectores PS/2 de 6 pines
(para datos, GND, Vcc, Clock y dos pines no conectados
dispuestos para otros propósitos), uno para el teclado y otro
para el ratón. Estos conectores fueron introducidos en el año
1987 por IBM y se convirtieron en los conectores estándar para
este tipo de dispositivos, en sustitución de los conectores DIN
Imagen 1.
para teclado y de los puertos serie para ratón.
Conectores PS/2
-
DIN
Imagen 2.
Conectores DIN
-
Es un estándar de conectores hechos en 1970 para la
comunicación de distintos dispositivos, por ejemplo de tipo
DIN 41524, comúnmente empleados para señales de audio
tales como las utilizadas en el MIDI, o el DIN 41612, que se
empleaba para comunicar tarjetas madre, así como otros
estándar que soportaban audio y vídeo en un computador,
aunque también se emplean para comunicar antenas o
modeles aéreos a control remoto. Estos conectores difieren
el número de pines según su aplicación y pueden ir desde 3
hasta 8 pines.
DB – 9
Es un conector analógico de 9 clavijas de la familia de
conectores D-Subminiature. Se utiliza principalmente
para conexiones en serie, ya que permite una
transmisión asíncrona de datos según lo establecido en
la norma RS-232C. Se reconocía como el COM1. La
capacidad máxima que alcanza este puerto es de 20
KB/s. Permite distancias de hasta 40 metros.
Imagen 3. Conector
DB- 9 pines
-
DB – 25
Imagen 4. Conectores
DB - 25 pines
Es un conector analógico de 25 clavijas de la familia de
conectores D-Subminiature Se utiliza para conexiones en
serie y de igual manera permite una conexión asíncrona de
datos. También se utiliza para conexiones por el puerto
paralelo. En un principio se utilizó para conectar impresoras
y por este motivo, se le conoce como el "puerto de
impresora".
Para evitar confusiones, los puertos de
serie DB25 de los equipos generalmente
tienen conectores machos, mientras
que los conectores de puerto paralelo
son conectores hembra DB25. Permite
distancias de hasta 40 metros.
-
Imagen 5. Conectores DB – 25, para conexión serie
(macho) y conexión paralela (hembra).
RJ11
Es un conector usado mayoritariamente para enlazar
redes de telefonía. Es de medidas reducidas y tiene
cuatro contactos como para soportar 4 vías de 2 cables.
Es el conector más difundido globalmente para la
conexión de aparatos telefónicos convencionales,
donde se suelen utilizar generalmente sólo los dos
hilos centrales para una línea simple o par. Y se utilizan
los cuatro hilos solo para aparatos de telefonía
especiales que usen doble línea o los dos pares
Imagen 6. Conector RJ11.
telefónicos. Una vez crimpado el cable, resulta casi
imposible desarmar el RJ-11 sin provocar su inutilización; sea usa para transmisión
de señal telefónica análoga, siempre y cuando sean conexiones exclusivas punto
a punto.
-
RJ45
RJ-45 es una interfaz física comúnmente usada para
conectar redes de cableado estructurado, (categorías
4, 5, 5e, 6 y 6a). Es parte del Código Federal de
Regulaciones de Estados Unidos. Posee ocho pines
o conexiones eléctricas, que normalmente se usan
como extremos de cables de par trenzado.
Imagen 7. Conector RJ45.
Es utilizada comúnmente con estándares como
TIA/EIA-568-B, que define la disposición de los pines
o wiring pinout.
Una aplicación común es su uso en cables de red
Ethernet, donde suelen usarse 8 pines (4 pares). Otras aplicaciones incluyen
terminaciones de teléfonos (4 pines o 2 pares) por ejemplo en Francia y Alemania,
otros servicios de red como RDSI y T1 e incluso RS-232.
-
VGA
Es un estándar de video compatible con el
estándar de computadoras IBM, que sirve para
llevar información analógica de tipo RGBHV,
pero no puede transportar audio. Puede alcanzar
640 x 480 píxeles. Al ser una salida de video
analógica puede tener problemas con las
conexiones digitales.
Imagen 8. Conector VGA.
-
DVI
Imagen 9. Conector DVI.
Estas salidas de vídeo son posteriores en el tiempo a
la VGA y se caracterizan por ser, en parte analógica,
en parte digital. Su cuerpo principal está destinado a
llevar las señales digitales de la tarjeta gráfica al
monitor, mientras que en su lado derecho están los
pines destinados a transmitir la señal analógica. Esto
permite que los adaptadores de VGA a DVI no
requieran de ningún tipo conversor integrado en el
cuerpo del adaptador. No puede transmitir son
señales de audio desde la gráfica hasta el monitor.
Su ancho de banda va desde 3.96 Gbits hasta 7.92Gbits, con protocolo TDMS +
Clk, cuenta con 29 pines
-
RCA
Imagen 10. Conector
RCA
-
Es un conector eléctrico del tipo coaxial usado para el
mercado audio visual. Cuenta con 3 cables, cada uno con
un pin destinado para video, uno para señal de audio R y
otro para señal de audio L, este diseño fue introducido en
1940, aunque del mismo modo puede soportar el manejo
de audio mono. Tiene un manejo de la señal analógica no
balanceada de -10dBV. También puede llegar a soportar
señales de audio y video digital.
USB
Fue creado en el año 1.996 por un grupo de 7 empresas
(IBM, Intel, Compaq, Microsoft, NEC, Digital Equipment
Corporation y Northern Telecom) para buscar una
Imagen 11. Logotipo de
respuesta a los límites de conectividad de los
USB
ordenadores, así como al límite de velocidad que tienen los puertos RS- 232 y los
puertos paralelos LPT.
Tiene una mayor velocidad de transmisión, se pueden alimentar periféricos de bajo
consumo, también es posible conectar en teoría hasta 127 periféricos al mismo
puerto.
El tipo de conector estándar en el ordenador es el denominado tipo A con 4
contactos, dos para datos y dos para alimentación, pero en la conexión al periférico
no hay ningún estándar, habiendo multitud de tipos diferentes de conectores, si
bien el más utilizado es el tipo B. También son muy utilizados los tipos Mini USB y
Micro USB, este último sobre todo en teléfonos móviles.
Tiene protocolo serial, dependiendo del tipo de USB se puede manejar señal de
video (USB-C), sin embargo no puede manejar señales de audio, y se usa
comúnmente para transmisiones de datos. Tiene una distancia máxima de 5 metros
para la transmisión.
-
USB 2.0
Tasa de transferencia de hasta 480 Mbit/s (60 MB/s), pero
con una tasa real práctica máxima de 280 Mbit/s (35 MB/s). El
cable USB 2.0 dispone de cuatro líneas, un par para datos, y
otro par de alimentación.
Imagen 12. USB 2.0
Imagen 13. USB 3.0
-
- USB 3.0
Con una tasa de transferencia de hasta 4,8 Gbit/s (600
MB/s). La velocidad del bus es diez veces más rápida que la
del USB 2.0, debido a que han incluido 5 contactos
adicionales, desechando el conector de fibra óptica
propuesto inicialmente, y será compatible con los estándares
anteriores.
JACK
También conocido como “conector de audio
analógico”, se utiliza para manejar señales de
audio. Denominado conector TS o TRS, para tipo
desbalanceado y balanceado, respectivamente.
Pueden manejar dependiendo del tipo, incluso la
señal de un micrófono, denominándose TRRS.
Hay de diferentes diámetros, siendo el original de
6.5mm
utilizando
en
instrumentos
y
Imagen 14. Conectores
amplificadores, de 3.5mm usado para auriculares y
JACK
cables de audio auxiliares y el de 2.5mm, utilizado en
dispositivos pequeños, siendo este el de menos uso en la actualidad.
-
HDMI
Es una norma de video con cifrado sin compresión,
tiene una interfaz entre cualquier fuente de audio y
vídeo digital como podría ser un sintonizador TDT, un
reproductor de Blu-ray, un tablet PC, un ordenador un
receptor A/V, y un monitor de audio/vídeo digital
compatible, tal como un televisor digital (DTV).
Imagen 15. Conector HDMI.
Tiene un ancho de banda de 340MHz, de protocolo
TDMS, compatible con el manejo de audio y video,
conectable en caliente. Teniendo 2 tipos el HDMI A y
HDMI B, siendo el A para uso generalizado en
cuestión de calidad de imagen y el B para imagen de
calidad extendida del tipo 1080p y 1440p.
La longitud del cable puede ser de hasta 15 metros comúnmente, sin embargo,
con cable especializado se puede llegar a alcanzar hasta 100 metros.
-
TOSLINK
Imagen 16. Conector
TOSLINK
Es un estándar de conexión de fibra óptica creado por
Toshiba en 1983, que se basa en la utilización de señales
ópticas en lugar de señales eléctricas. Se utiliza
generalmente para la interconexión de equipos de audio,
aunque admite diferentes formatos, tanto físicos como de
datos. Ancho de banda de 125Mbps, utilizable solo en un
dispositivo a la vez, con una extensión de cable máxima
de 10 metros, con protocolo Serie.
Redes de comunicación
- AS-i
El bus AS-Interface es una red estándar de mercado, robusta y suficientemente
flexible, que cumple con todos los requerimientos para un bus de comunicación
industrial. Está especialmente diseñada para el nivel “más bajo” del proceso de
control. La red AS-Interface representa “los ojos y los oídos” para el control del
proceso, pero utilizando técnicas de comunicación industrial.
La red ASi se ha creado como un sistema maestro simple, utilizando la técnica de
poleo cíclico, la velocidad de lectura es de 5 ms. Esto quiere decir que sólo existe
un maestro en toda la red. Este maestro consulta y actualiza los datos de todos los
esclavos de la red, empleando para ello un tiempo fijo.
A diferencia con otros sistemas de bus más complejos, la red ASi se configura de
forma automática, el usuario no necesita realizar ningún ajuste, como por ejemplo,
derechos de acceso, velocidad de red, tipo de telegrama, etc., con ASi se pueden
conectar señales de proceso digitales y analógicas, representa la interface
universal entre el nivel de control superior (PLC) y el nivel de control inferior
(actuadores y sensores).
La red AS-Interface se puede montar como una instalación eléctrica estándar.
Gracias al robusto principio de funcionamiento sobre el que se asienta, no hay
limitaciones en cuanto a la estructura (topología de red). La red AS-Interface se
puede montar en árbol, línea o estrella
Imagen 17. Redes y formas de instalación posibles en una red AS-i.
Imagen 18. Cable de red ASinterface
El cable AS-i se ha diseñado como cable bifilar
engomado, el perfil especial impide que se puedan
conectar estaciones con la polaridad incorrecta. El
cable plano amarillo es el estándar, su geometría es fija
y asimétrica, se encarga de transmitir los datos de toda
la red y la alimentación a los sensores conectados en
la misma. Para los actuadores se necesita una
alimentación auxiliar (tensión auxiliar de 24 V DC o 230
V AC), para el cable de alimentación auxiliar a 24 V
DC se utiliza un cable de color negro, y para el cable
de alimentación auxiliar a 230 V AC se utiliza el mismo
cable pero en color rojo.
- PROFIBUS
PROFIBUS es un estándar de red de campo abierto e independiente de
proveedores, donde la interfaz de ellos permite amplia aplicación en procesos,
fabricación y automatización predial. Este estándar es garantizado según los
estándares EN 50170 y EN 50254.
Podríamos pensar en una red PROFIBUS DP en la cual un PLC es uno de los
maestros, mientras que otro puede ser una PC en la cual corre una aplicación
SCADA. Los esclavos pueden ser instrumentos de campo, estaciones remotas, islas
de válvulas, posicionadores, PLC’s, switchgears, drives, transmisores HART, etc.
El controlador central (maestro) puede leer cíclicamente la información de entrada
de sus esclavos, y escribir también en forma cíclica la información de los campos
de salida de los mismos. El tiempo de ciclo de bus en una configuración extensa de
512 bits de señales de input/output promedia 1ms en 12Mbit/seg de velocidad de
transferencia. Las funciones de diagnóstico garantizan que aun a 12Mbits/segundo
haya un constante monitoreo y seguridad de la información transmitida.
Características:
-
-
La misma topología, protocolo y estructura de red.
Adaptación a diferentes baudrates, desde 9,6Kbits/seg hasta 12Mbits/seg,
permiten adaptar la comunicación a cada requisito tecnológico.
Enorme capacidad de procesamiento de diagnóstico.
Adaptación a diferentes medios como fibra óptica (para largas distancias o
ambientes con perturbaciones), cable de cobre en RS485 o para entornos Ex
(con riesgos de explosión) donde se requiere enviar la energía por el mismo
cable de señal.
Reconfiguración online sin caída del maestro y reemplazo con energía.
Independiente de marca: cualquier componente de cualquier marca puede
hablar con otro que adhiera al estándar PROFIBUS.
Imagen 19. Comunicación industrial PROFIBUS
Para esta red se utiliza el conector DB9:
Imagen 19. Comunicación industrial PROFIBUS
-
CAN
Imagen 20. Comunicación CAN
Es una red de computadoras que conecta redes de área local a través de un área
geográfica limitada, como un campus universitario, o una base militar. Puede ser
considerado como una red de área metropolitana que se aplica específicamente a
un ambiente. Por lo tanto, una red de área de campus es más grande que una red
de área local, pero más pequeña que una red de área amplia.
Utiliza comúnmente tecnologías tales como FDDI y Gigabit Ethernet para
conectividad a través de medios de comunicación tales como fibra óptica y espectro
disperso.
Características




Ofrece alta inmunidad a las interferencias, habilidad para el autodiagnóstico y
la reparación de errores de datos.
Es un protocolo de comunicaciones normalizado, con lo que se simplifica y
economiza la tarea de comunicar subsistemas de diferentes fabricantes sobre
una red común o bus.
El procesador anfitrión (host) delega la carga de comunicaciones a un periférico
inteligente, por lo tanto el procesador anfitrión dispone de mayor tiempo para
ejecutar sus propias tareas.
Al ser una red multiplexada, reduce considerablemente el cableado y elimina
las conexiones punto a punto, excepto en los enganches.
Cables multiplexados: que unen los módulos que forman parte del sistema. En
uno de los cables la tensión oscila entre 0V y 2.25V, es un cable L (Low) y el otro
cable H (High) varía entre 2.75V y 5V. En caso que se interrumpa la señal en H o
se derive a masa, el sistema trabaja con la señal L y si se interrumpe L sucederá lo
contrario. El trenzado o multiplexado sirve para anular los campos magnéticos, se
debe evitar cambiar la longitud o el paso.
Imagen 21. CAN bus
La velocidad del CAN bus va desde 40 Kbps en distancias de un kilómetro hasta un
"mega" (1024 Kbps) siempre que el cable no mida más de 40 metros.
Imagen 22. Pines del conector OBD
- ModBus
Modbus es un protocolo de solicitud-respuesta implementado usando una relación
maestro-esclavo. En una relación maestro-esclavo, la comunicación siempre se
produce en pares, un dispositivo debe iniciar una solicitud y luego esperar una
respuesta y el dispositivo de inicio (el maestro) es responsable de iniciar cada
interacción. Por lo general, el maestro es una interfaz humano-máquina (HMI) o
sistema SCADA y el esclavo es un sensor, controlador lógico programable (PLC) o
controlador de automatización programable (PAC). El contenido de estas solicitudes
y respuestas, y las capas de la red a través de las cuales se envían estos mensajes,
son definidos por las diferentes capas del protocolo.
Imagen 23. Relación Maestro-Esclavo
Imagen 24.Forma interna de cables usados para la comunicación ModBus
Imagen 25.Puerto para RJ45 empleado en comunicación ModBus
CONCLUSIÓN
Mediante la realización de esta investigación pude conocer los nombres, la
aplicación y parte de la historia de muchos de los conectores que se han empleado
en las comunicaciones y que incluso se siguen utilizando en la actualidad, pudiendo
darme cuenta de la evolución que se han dado en los diseños y protocolos de
comunicación según ha sido necesario manejar más información o manejar ésta
más rápido. Del mismo modo conocí las propiedades que permiten conocer las
distancias y capacidades máximas de la comunicación según el protocolo y el tipo
de cable y conector que se use.
BIBLIOGRAFÍAS
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Disponible
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https://es.wikipedia.org/wiki/Conector_de_audio_anal%C3%B3gico
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27/01/2019 Disponible en: https://sites.google.com/site/tema4smr/8-lospuertos-para-comunicaciones
- LUCAS G. (2019) Conectores y puertos de comunicación. Revisado el:
27/01/2019
Disponible
en:
https://sites.google.com/site/hardware4oeso/conectores-y-puertos-decomunicacion
- CCM (2019) Conectores RCA (CINCH) Revisado: 27/01/2019. Disponible en:
https://es.ccm.net/contents/185-conectores-rca-cinch
- CCM (2019) Conector DB9 Consultado el: 27/01/2019. Disponible en:
https://es.ccm.net/contents/176-conector-db9
- CCM (2019) Conector DB25 Consultado el: 27/01/2019. Disponible en
https://es.ccm.net/contents/175-conector-db25
- EMBC (2019) Redes industriales Profibus Revisado el: 27/01/2019. Disponible
en: http://www.emb.cl/electroindustria/articulo.mvc?xid=107
- GARCÍA G. (2017) Red CAN Bus Revisado el: 27/01/2019 Disponible en:
https://www.pruebaderuta.com/red-can-bus.php
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