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 - Wikipedia (2019) Conector de audio analógico Revisado el: 27/01/2019 Disponible en: https://es.wikipedia.org/wiki/Conector_de_audio_anal%C3%B3gico - Wikipedia (2018) TOSLINK Revisado el: 27/01/2019. Disponible en: https://es.wikipedia.org/wiki/TOSLINK - Wikipedia (2017) DIN Connector: Deutsches Institut für Normung. Revisado el: 27/01/2019. Disponible en:https://en.wikipedia.org/wiki/DIN_connector. - VASQUÉZ V. Bus de comunicación Industrial ASi. Revisado el: 27/01/2019. Disponible en:http://homepage.cem.itesm.mx/vlopez/as-interface.htm - USERA J.D/HARDZONE (2018) VGA, DVI, HDMI o DisplayPort: qué diferencias hay entre las principales salidas de vídeo. 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