Sistema Scada

Volumen de datos repartidos con supervisión.

Modelo OSI

Interconexión entre sistemas abiertos.

1. Capa Física: conectores y señales eléctricas.
2. Capa de enlace: crea paquete de datos para el acceso al bus.
3. Capa de red: direccionamiento (routing) y control de flujo.
4. Capa de transporte: Enlace entre terminales sin pérdida de paquetes entre fronteras entre subred y aplicación.
5. Capa de sesión: Administra comunicaciones y sincronismo entre equipos.
6. Capa de presentación: conversión de datos a formato común.
7. Capa de aplicación: Acceso de red a las aplicaciones.

Protocolo CIP: Protocolo común industrial. Trata de unificar la gestión de dispositivos conectados a distintos tipos de red.

Capa Física:

Causas del Ruido: Cambios rápidos de voltaje o corriente en motores, arranques, rayos, subidas de tensión, fallos eléctricos. Acoplamiento capacitivo (hilos pegados a la fuente y alta frecuencia y voltaje), acoplamiento inductivo (debido a la intensidad), radiación en radiofrecuencia.

Medios:

• Cable eléctrico: Conductores de tipo sólido grueso o hilos finos, rodeados con un aislante y una cobertura externa que protege del ambiente.
• Cable coaxial: formado por núcleo de cobre, aislante dieléctrico, malla conductora y cubierta protectora. Facilidad al transmitir voz, datos o video y fácil de instalar con precio razonable.
• Cable par trenzado: 2 o varios pares de conductores aislados enrollados. Facilidad de conexión dispositivos, buen bloqueo de interferencias, barato y fácil de instalar.
• Fibra óptica: Utiliza señales luminosas a través del núcleo. Material transparente con guía ondas para señales luminosas y agrupado en varias fibras rodeado por una cubierta. Tipos monomodo o multimodo (rebotan los haces dentro). Ventaja gran ancho de banda, inmunidad electromagnética, ligera y flexible y permite largas distancias.

Modos de transmisión:

• Paralelo: Varios conductores donde los datos se envían simultáneamente con gran velocidad, distancia limitada.
• Serie: Único par de hilos donde los datos se envían multiplexándolo en el tiempo y es necesaria temporización: sincrónico (se envía señal de reloj) y asíncrono (no reloj, RS-232, RS-422, RS-485).

Codificación: Forma en que se expresa cada bit como variación de voltaje o intensidad de transmisión. Codificación directa con 1 y 0, y codificación Manchester con flanco de subida y bajada.

Tipología:

• Estrella: Todos los equipos conectados a uno central (HUB).
• Anillo: Paso de un testigo, un fallo interrumpe tráfico.
• Bus: Segmento de cable donde se conectan todos los equipos.
• Árbol: Mezcla bus, anillo y estrella.
• Malla: Cada nodo se une a varios como semillas.

Organización Nodos:

• Maestro-esclavo: se establece una jerarquía entre los equipos en la que ellos tienen control de la red y el inicio de la comunicación de forma permanente o temporal mientras que los equipos esclavos contestan a sus peticiones.
• Cliente-servidor: se basa en la presentación de servicios de un interlocutor a la red y el aprovechamiento de estos servicios por parte del resto de equipos.
• Productor-consumidor: se basa en la difusión. Se coloca la información en bus y los nodos consumidores pueden acceder de forma simultánea al dato.

Interconexión de redes:

• Puente: capa de enlace, unen redes del mismo tipo y protocolo para almacenar paquete recibido, analizar y enviar al destinatario.
• Router: capa de red, unen redes de igual protocolo.
• Pasarela: Capa de red conocidos como gateway, unen redes de distinto protocolo.

Comunicación Asíncrona

• Serial RS-232: Unir terminales y módems. Interfaz que designa una norma para intercambio de datos binarios. Longitud máxima del cable 15m y velocidad máxima de 300-11500 baudios.
• Serial RS-422: Se basa en transmisión de señales de tensión o frecuencias mediante hilos, sin punto de referencia o masa. Se consigue eliminar ruido, y la diferencia de voltaje se mantiene constante.
• Serial RS-485: Misma características de 422, basado en dif. de voltajes y presenta tercer estado de alta impedancia.

Buses Bajo Nivel:

• Map/Top: Varias frecuencias por cable (varios canales). Hasta 10Mbits banda ancha hasta 5Mbytes banda base. Método de paso de testigo. En la capa de aplicación transferencia de ficheros, interconexión sistemas robóticos y comunicación entre programas.
• Interbus: Muy difundido con topología de anillo activo, evitan errores, usa fibra óptica, infrarrojos y velocidad hasta 500 Kbits. Datos para todos los esclavos y longitud fija. Fiable e inmune (baja velocidad) con desconexión de ramas en funcionamiento.
• HART: Utiliza los tendidos 4-20mA, dispositivos inteligentes, hasta 15 dispositivos a un cable y hasta 3km de cable, maestro-esclavo y difusión.
• As-i: Orientado a sensores y actuadores binarios (bit por elemento, no señales analógicas). Compuesto el nivel físico por cable de 2 hilos sin trenzar con posibilidad de conectores vampiro. Utilizan protocolo maestro-esclavo y con topología estrella, bus o árbol.
• CanOpen: Surgió para reducir cableado en los automóviles. Utilizado en mayoría por fabricantes europeos. Dada su robustez y eficacia se utiliza en aplicaciones industriales. Trabaja en modo difusión. Desconexión en nodos defectuosos.
• DeviceNet: Fue desarrollado a principios de los 90 basándose en el bus CAN. Se encuentra mantenido por la ODVA. Utiliza una estructura maestro-esclavo a pesar de estar basado en el bus CAN.
• Profibus: Cableado de par trenzado apantallado que nos permite gran transferencia de datos con un gran volumen medio de datos y reduciendo el voltaje e intensidad. Dos tipos: Maestro (estaciones activas)-esclavo (estaciones pasivas). Con diferentes modos: cíclicos (envío-recepción), sync (esclavos congelan sus salidas), freeze (esclavos congelan sus entradas), operate y clear dependiendo del tiempo de respuesta.

Profinet: Evolución de profibus basado en ethernet

Modbus: Usado por muchos fabricantes y clientes. No define nivel físico. Cada dispositivo tiene una dirección. Usa Maestro-esclavo. Modos de transmisión: Modbus ASCII (datos en ASCII) y Modbus RTU (datos en binario más eficaz). Lectura de datos: señales discretas de salida y entrada, registros analógicos de salida y entrada…

Ethernet: Es el tipo de red más usada, estándar, fiable y barata. Por cable coaxial grueso (10Base5), cable coaxial fino (10Base2), cable UTP (10BaseT) y fibra óptica (10BaseF). Tipología variada y codificación manchester. La única gestión es el ruido que tenemos al acercar los cables a la fuente de alimentación o cuando no separamos las redes por seguridad y velocidad. Fast ethernet 100Mbps y Gigabit ethernet 1000Mbps.

Sockets:

Funciones Principales:

• socket: crea un punto de comunicación.
• bind: une socket a una dirección y puerto local.
• listen: indica intención de recibir comunicaciones.
• accept: bloquea hasta que llegue una petición.
• connect: intenta, activamente, establecer conexión.
• send: envía datos.
• receive: recibe datos.
• close: cierra conexión.

Control centralizado: Todas las conexiones van al mismo cajón.

Control distribuido: Aparecen dispositivos con microprocesador y los sistemas complejos se subdividen. Programación a distancia, supervisión remota, diagnóstico, acceso a información…

Pirámide de comunicaciones industriales: Nivel de Oficina, nivel de planta, nivel de célula y nivel de campo. (arriba a abajo)