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INSTRUMENTACION

Profesor: Luis Sanhueza

LABORATORIO N° 3

PROTOCOLOS DE COMUNICACION

Integrantes: Daniel Rojo

Charles Santos

Flavio Tobar

Sección 27

Fecha: 13/07/2015

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INDICE 1. INTRODUCCION 3

2. SEÑALES HIBRIDAS 4

3. MODULACION DIGITAL FSK 4

3.1. RADIO DIGITAL 4

4. TRANSMISION POR DESPLAZAMIENTO DE FRECUENCIA (FSK) 5

5. TRANSMISION DE FSK 6

5.1. CONSIDERACIONES DE ANCHO DE BANDA DEL FSK 6-7

6. RECEPTOR DE FSK 8

7. TRANSMISION DE DESPLAZAMIENTO MINIMO DE FSK 9

8. TRANSMISION DE DESPLAZAMIENTO DE FASE PSK 9

9. RESUMEN DE FSK 9

9.1. MODULACION POR DESPLAZAMIENTO DE FRECUENCIA FSK 9

9.2. ANCHO DE BANDA FSK 10

9.3. RELACION ENTRE LA TASA DE BAUDIOS Y ANCHO DE BANDA EN ASK 10

10. SOLUCION 11

11. RED DE COMUNICACIÓN MADBUS 11

12. MODBUS SOBRE CONEXIÓN RS-485 11

13. MODOS DE TRANSMISION DE MODBUS 11

14. MODBUS RTU 11

15. MODBUS ASCII 12

16. COMUNICACIÓN MAESTRO – ESCLAVO EN MODBUS 12

17. REPRESENTACION DE DATOS EN MOSBUS 13

18. OUTPUS COILS 13

19. HOLDING REGISTERS 14

20. QUE ES EL PROTOCOLO RS – 485 16

21. COMUNICACIÓN RS – 485 A CUATRO HILOS (FULL – DUPLEX) 16

22. COMUNICACIÓN RS- 485 A DOS HILOS (HASLF – DUPLEX) 17

23. OTRA VENTAJA DE RS – 485 18

24. DISPOSITIVOS USADOS EN LA MEDICION DE GAS LP 18

25. DIFERENCIAS ENTRE MADBUS RTU- MADBUS ASCII 19

26. MODOS DE TRANSMISION DE MODBUS 19

27. MODBUS RTU (REMOTE TERMINAL UNIT) 19

28. MODBUS ASCII 19

29. DESARROLLO DE LABORATORIO N° 1 21-22-23-24

30. DESARROLLO DE LABORATORIO N° 2 25-26-27

31. SEGUNDO LABORATORIO 28-29-30-31

32. CONCLUSION 32

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Introducción Las grandes industrias como petroquímicas y procesadoras de alimentos emplean dispositivos de campo (Sensores, Actuadores) para la lectura permanente de diversas variables de sus procesos con el fin de evitar pérdidas del producto, accidentes o simplemente para mejorar la eficiencia en la producción. Estas mediciones en un principio eran manuales y se requería de un gran número de personal para poder controlar toda la fábrica, planta de producción o campo de extracción. Hoy es muy común hablar sobre la digitalización de la información en procedimientos y medios de medición del campo industrial, lo que conlleva a controlar de manera casi exacta los procesos de una industria. Con el tiempo se han implementado en la industria otros métodos para poder realizar las mediciones de modo remoto, sin la necesidad de ir al campo, y a su vez permitan la transmisión de información detallada del equipo, su estado y funciones. Con la aparición de nuevas tecnologías en los dispositivos de campo surgen los sensores electrónicos que permiten la lectura de variables de un modo más eficiente, e incluso la transmisión de las mismas a un equipo central. Una de estas formas de comunicación es el lazo de 4 a 20 mA, un lazo de corriente el cual dependiendo del valor medido por el Sensor, se le asigna un nivel de corriente en mA, es decir, 4 mA equivale al menor valor posible de la variable medida y 20 mA al máximo. Una de las actuales formas de comunicar dispositivos decampo es mediante el Protocolo Hart, ideado por Fisher Rosemount. El protocolo HART es actualmente propiedad de la Fundación HART.

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Desarrollo

Señales Hibridas Las señales hibridas son la resultante de la combinación de las señales analogía y digitales. Estas señales son entregadas por los equipos de control a un módem, donde serán convertidas a una señal digital para ser interpretadas y procesadas por un computador, estas deben tener un protocolo de comunicación.

El protocolo más utilizado es el HART, el cual es un sistema de comunicación industrial que permite una comunicación remota para la programación de cada equipo.

MODULACIÓN DIGITAL: FSK

El término comunicaciones digitales abarca un área extensa de técnicas de comunicaciones, incluyendo transmisión digital y radio digital. La transmisión digital es la transmisión de pulsos digitales, entre dos o más puntos, de un sistema de comunicación. El radio digital es la transmisión de portadoras analógicas moduladas, en forma digital, entre dos o más puntos de un sistema de comunicación. Los sistemas de transmisión digital requieren de un elemento físico, entre el transmisor y el receptor, como un par de cables metálicos, un cable coaxial, o un cable de fibra óptica. En los sistemas de radio digital, el medio de transmisión es el espacio libre o la atmósfera de la Tierra.

En un sistema de transmisión digital, la información de la fuente original puede ser en forma digital o analógica. Si está en forma analógica, tiene que convertirse a pulsos digitales, antes de la transmisión y convertirse de nuevo a la forma analógica, en el extremo de recepción. En un sistema de radio digital, la señal de entrada modulada y la señal de salida demodulada, son pulsos digitales.

Radio digital

Los elementos que distinguen un sistema de radio digital de un sistema de radio AM, FM, o PM, es que en un sistema de radio digital, las señales de modulación y demodulación son pulsos digitales, en lugar de formas de ondas analógicas. E1 radio digital utiliza portadoras analógicas, al igual que los sistemas convencionales. En esencia, hay tres técnicas de modulación digital que se suelen utilizar en sistemas de radio digital: transmisión (modulación) por desplazamiento de frecuencia (FSK), transmisión por desplazamiento de fase (PSK), y modulación de amplitud en cuadratura (QAM).

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TRANSMISIÓN POR DESPLAZAMIENTO DE FRECUENCIA (FSK)

El FSK binario es una Forma de modulación angular de amplitud constante, similar a la modulación en frecuencia convencional, excepto que la señal modulante es un flujo de pulsos binarios que varía, entre dos niveles de voltaje discreto, en lugar de una forma de onda analógica que cambia de manera continua. La expresión general para una señal FSK binaria es

V (t) = V c cos [(w c + v m (t) D w / 2) t] (1)

Donde v (t) = forma de onda FSK binaria

V c = amplitud pico de la portadora no modulada

W c = frecuencia de la portadora en radianes

V m (t) = señal modulante digital binaria

D w = cambio en frecuencia de salida en radianes

De la ecuación 1 puede verse que con el FSK binario, la amplitud de la portadora V c se mantiene constante con la modulación. Sin embargo, la frecuencia en radianes de la portadora de salida (w c) cambia por una cantidad igual a ± D w/2. El cambio de frecuencia (D w/2) es proporcional a la amplitud y polaridad de la señal de entrada binaria. Por ejemplo, un uno binario podría ser +1 volt y un cero binario -1 volt, produciendo cambios de frecuencia de + D w/2 y - D w/2, respectivamente. Además, la rapidez a la que cambia la frecuencia de la portadora es igual a la rapidez de cambio de la señal de entrada binaria v m (t). Por tanto, la frecuencia de la portadora de salida se desvía entre (w c + D w/2) y (w c - D w/2) a una velocidad igual a f m (la frecuencia de marca).

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Transmisor de FSK

La salida de un modulador de FSK binario, es una función escalón en el dominio del tiempo. Conforme cambia la señal de entrada binaria de 0 lógico a 1 lógico, y viceversa, la salida del FSK se desplaza entre dos frecuencias: una frecuencia de marca o de 1 lógico y una frecuencia de espacio o de 0 lógico. Con el FSK binario, hay un cambio en la frecuencia de salida, cada vez que la condición lógica de la señal de entrada binaria cambia. Un transmisor de FSK binario sencillo se muestra en la figura l.

Consideraciones de ancho de banda del FSK

La figura 2 muestra un modulador de FSK binario que a menudo son osciladores de voltaje controlado (VCO). El más rápido cambio de entrada ocurre, cuando la entrada binaria es una onda cuadrada. En consecuencia, si se considera sólo la frecuencia fundamental de entrada, la frecuencia modulante más alta es igual a la mitad de la razón de bit de entrada.

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La frecuencia de reposo del VCO se selecciona de tal forma que, cae a medio camino, entre las frecuencias de marca y espacio. Una condición de 1 lógico, en la entrada, cambia el VCO de su frecuencia de reposo a la frecuencia de marca; una condición de 0 lógico, en la entrada, cambia cl VCO de su frecuencia de reposo a la frecuencia de espacio. El índice de modulación en FSK es

MI = Df / f a (2)

Donde MI = índice de modulación (sin unidades)

Df = desviación de frecuencia (Hz)

F a = frecuencia modulante (Hz)

El peor caso, o el ancho de banda más amplio, ocurre cuando tanto la desviación de frecuencia y la frecuencia modulante están en sus valores máximos. En un modulador de FSK binario, Df es la desviación de frecuencia pico de la portadora y es igual a la diferencia entre la frecuencia de reposo y la frecuencia de marca o espacio. La desviación de frecuencia es constante y, siempre, en su valor máximo. f a es igual a la frecuencia fundamental de entrada binaria que bajo la condición del peor caso es igual a la mitad de la razón de bit (f b). En consecuencia, para el FSK binario,

Donde ï f m - f s ï/ 2 = desviación de frecuencia

F b = razón de bit de entrada

F b /2 = frecuencia fundamental de la señal de entrada binaria

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En un FSK binario el índice de modulación, por lo general, se mantiene bajo 1.0, produciendo así un espectro de salida de FM de banda relativamente angosta. Debido a que el FSK binario es una forma de modulación en frecuencia de banda angosta, el mínimo ancho de banda depende del índice de modulación. Para un índice de modulación entre 0.5 y 1, se generan dos o tres conjuntos de frecuencias laterales significativas. Por tanto, el mínimo ancho de banda es dos o tres veces la razón de bit de entrada.

Receptor de FSK

El circuito que más se utiliza para demodular las señales de FSK binarias es el circuito de fase cerrada (PLL), que se muestra en forma de diagrama a bloques en la figura 3. Conforme cambia la entrada de PLL entre las frecuencias de marca y espacio, el voltaje de error de cc a la salida del comparador de fase sigue el desplazamiento de frecuencia. Debido a que sólo hay dos frecuencias de entrada (marea y espacio), también hay sólo dos voltajes de error de salida. Uno representa un 1 lógico y el otro un 0 lógico. En consecuencia, la salida es una representación de dos niveles (binaria) de la entrada de FSK. Por lo regular, la frecuencia natural del PLL se hace igual a la frecuencia central del modulador de FSK. Como resultado, los cambios en el voltaje de error cc, siguen a los cambios en la frecuencia de entrada analógica y son simétricos alrededor de 0 V.

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Transmisión de desplazamiento mínimo del FSK

La transmisión de desplazamiento mínimo del FSK (MSK), es una forma de transmitir desplazando la frecuencia de fase continua (CPFSK). En esencia, el MSK es un FSK binario, excepto que las frecuencias de marca y espacio están sincronizadas con la razón de bit de entrada binario. Con MSK, las frecuencias de marca y espacio están seleccionadas, de tal forma que están separadas de la frecuencia central, por exactamente, un múltiplo impar de la mitad de la razón de bit [f m y f s = n (f b / 2), con n = entero impar]. Esto asegura que haya una transición de fase fluida, en la señal de salida analógica, cuando cambia de una frecuencia de marca a una frecuencia de espacio, o viceversa.

TRANSMISIÓN DE DESPLAZAMIENTO DE FASE (PSK)

Transmitir por desplazamiento en fase (PSK) es otra forma de modulación angular, modulación digital de amplitud constante. El PSK es similar a la modulación en fase convencional, excepto que con PSK la señal de entrada es una señal digital binaria y son posibles un número limitado de fases de salida.

Resumen de FSK

MODULACIÓN POR DESPLAZAMIENTO DE FRECUENCIA (FSK)

En la modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK, Frequency Shift Keying), la frecuencia de la señal portadora cambia para representar el 1 y el 0 binario. La frecuencia de la señal durante la duración del bit es constante y su valor depende de un bit (0 o 1): tanto la amplitud de pico como la fase permanecen constantes. En la Figura muestra una visión conceptual de FSK. FSK evita la mayor parte de los problemas de ruidos de ASK. Debido a que el dispositivo receptor está buscando cambios específicos de frecuencia en un cierto número de periodos, puede ignorar los picos de voltaje. Los factores que limitan la FSK son las capacidades físicas de la portadora.

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ANCHO DE BANDA PARA FSK: Aunque FSK cambia entre dos frecuencias portadoras, es fácil analizar como dos frecuencias coexistentes. Se puede decir que el espectro de FSK es la combinación de dos espectros ASK centrados alrededor de fc0yfc1. El ancho de banda necesario para la transmisión con FSK es igual a la tasa de baudios de la señal más el desplazamiento de frecuencia (diferencia entre las dos frecuencias de las portadoras):

BW=

Aunque hay dos frecuencias portadoras, el proceso de modulación produce una señal compuesta que es una combinación de muchas señales simples, cada una con frecuencia distinta.

Relación entre la tasa de baudios y ancho de banda en ASK

Encontrar el ancho de banda máximo para una señal FSK que se transmite a 2,000 bps. La transmisión es en modo se mi-dúplex y las portadoras deben estar separadas por 3,000 Hz. Solución Para FSK, si fc1 y fc0 son las frecuencias portadoras, entonces:

Sin embargo, la tasa de baudios es la misma que la tasa de bits.

Por tanto

Ejemplo: Encuentre la máxima tasa de bits de una señal FSK si el ancho de banda del medio es 12,000 Hz y la diferencia entre las dos portadoras debe ser al menos 2,000 Hz. La transmisión se lleva a cabo en modo full-dúplex.

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Solución:

Debido a que la transmisión es en modo full-dúplex, sólo se asignan 6,000 Hz para cada dirección. Para FSK, sifci y fc0 son las frecuencias portadoras,

Pero, debido a que la tasa de baudios es la misma que la tasa de bits, la tasa de bits es 4,000 bps.

Red de comunicación modbus

El MODBUS es un protocolo de comunicación serial basado en el modelo maestro/esclavo, a la fecha es un estándar de facto, es público, muy seguro, no requiere licencias y su implementación es relativamente fácil en dispositivos electrónicos, por ejemplo nuestros ingenieros, usan el microcontrolador PIC16F648A programado para responder comandos MODBUS, esas son algunas de las razones por las que goza de muchísima aceptación, además de que tiene más de 30 años en la industria.

MODBUS sobre conexión RS-485

El protocolo MODBUS es un protocolo que usa líneas seriales, por lo que comúnmente se implementa sobre redes de comunicación RS-485, pero también sobre redes que usan la comunicación serial RS-232, incluso se puede implementar vía TCP/IP sobre una red Ethernet, en SDM se usa la implementación MODBUS sobre una red RS-485.

Modos de Transmisión del MODBUS

Los modos de transmisión definen como se envían los paquetes de datos entre maestros y esclavos, el protocolo MODBUS define dos principales modos de transmisión:

MODBUS RTU

(Remote Terminl Unit). La comunicación entre dispositivos se realiza por medio de datos binarios. Esta es la opción más usada del protocolo y es la que se implementó en nuestras tarjetas.

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MODBUS ASCII

(American Standard Code for Information Interchange). La comunicación entre dispositivos se hace por medio de caracteres ASCII.

Comunicación Maestro-Esclavo en MODBUS

El MODBUS siempre funciona con un maestro y uno o más esclavos, siendo el maestro quién controla en todo momento el inicio de la comunicación con los esclavos, que según la especificación pueden ser hasta 247 en una misma red. El esclavo por otro lado se limita a retornar los datos solicitados por el maestro, así de simple es la comunicación usando el MODBUS, el maestro envía los mensajes y el respectivo esclavo los responde.

Cada esclavo debe tener una única dirección, así el maestro sabe con quién se debe comunicar. Vea la animación siguiente, observe cómo funciona el envió de mensajes entre el maestro y el esclavo tome en cuenta lo siguiente:

Cada esclavo tiene su propia dirección, que puede ir desde 1 hasta 247.

El maestro siempre inicia la comunicación enviando un paquete de información bien estructurado a todos los esclavos, entre otras muchas cosas en la información se incluye el número del esclavo.

El esclavo elegido responde, enviando lo que se le pide por medio también de un paquete de información bien estructurado.

En la animación solo se muestra el número de esclavo, pero los paquetes de información tiene muchos otros datos como se verá más adelante. Además recuerde que el MODBUS se realiza sobre una red RS-485, como se observa en la animación, con ello solo se requieren dos cables entre dispositivos.

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Representación de datos en MODBUS El protocolo MODBUS usa el concepto de tablas de datos para almacenar la información en un esclavo, una tabla de datos no es más que un bloque de memoria usado para almacenar datos en el esclavo, las tablas de datos que usa en MODUS son cuatro y se muestran en la siguiente tabla:

Observe que hay dos direcciones, una es usada para diferenciar entre las tablas de datos, la llamamos dirección MODBUS y la otra es la dirección usada en la comunicación entre el maestro y el esclavo, está es la dirección usada en la trama o paquetes de datos enviados entre maestros y esclavos, en otras lecciones se hablará más de estas direcciones para que queden más claros estos conceptos. Por lo pronto solo entraremos en detalle sobre dos elementos del MODBUS, los coils y los registros Holding.

Output Coils

En MODBUS un coil representa un valor booleano típicamente usado para representar una salida, solo hay dos estados para el coil el ON y el OFF. Por ejemplo la tarjeta de relevadores usa dos coils, para activar o desactivar precisamente dos relevadores.

El coil entonces, puede verse como una celda o un bloquecito de memoria que me permite almacenar el estado de un bit, que puede tener solo dos valores como se vio arriba, el ON o el OFF, o en lógica binaria, un 1 o un 0, o más cerca de la realidad física, tierra (0 Volts) y voltaje (5 Volts), como el lector quiera verlo, eso sí debe quedar claro que son solo dos valores por cada coil.

Hablemos de las direcciones, el coil según la tabla de datos puede tener una dirección MODBUS, la cual yo elijo y según la tabla anterior, puede ser entre 1 y 9999 valores, por simplicidad, se puede elegir el coil 1 y el coil 2 para, activar o desactivar, en nuestro caso, los relevadores de la tarjeta, pero por supuesto que yo puedo elegir el coil 9998 y coil 9999, si yo así lo quisiera, cualquier dirección en ese rango se puede usar sin ningún problema.

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Observe la animación siguiente, muestra varias tarjetas de relevadores como esclavos y un registro electrónico como maestro.

Algunas anotaciones

En el intercambio de mensajes, ahora aparte de la dirección del esclavo se escribe que estado deseamos para el coil. Aunque la animación solo muestra los coil con el estado de ON, también se envía de la misma forma el estado OFF del coil cuando así se necesite.

Note como el esclavo responde a la petición del maestro, colocando el coil en el estado que se le pide, pero además regresa una trama de información al maestro, que prácticamente es lo mismo que se le pidió.

Sobra decir que la trama de información enviada por el maestro y la respuesta enviada por el esclavo, son números binarios como se verá en la siguiente lección.

Holding Registers

Los registros Holding, representan cantidades de 16 bits, se puede ver cada registro como un bloque o celda de memoria, que es capaz de almacenar números entre 0 y 65535.

Las direcciones usadas para los registros holding inician en la dirección 40001, pero puede usarse cualquiera de las mencionadas en la tabla para los registros holding.

Estos registros son de lectura/escritura, es decir que el maestro puede hacer peticiones de información para leer el dato que está almacenado, o puede enviar peticiones para escribirle un valor al registro holding en el momento que se requiera.

En nuestras tarjetas usamos los registros Holding para almacenar el número de vueltas que va dando un encoder debido al paso de gas LP, cuando se inicia un servicio a un cliente, el encoder gira al pasar el gas, cada vuelta del encoder, hace que el registro holding 40006 aumenten en una unidad, en el momento deseado el registro electrónico puede hacer peticiones de información para saber exactamente, el valor de cada registro. Como se mostró en la animación anterior, el maestro siempre inicia las peticiones de información, el maestro puede pedir el valor de los registros holding y el esclavo entonces responde justo con el valor almacenado en el instante de la petición.

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Como se mencionó, varias de las tarjetas desarrolladas en Sistemas Digitales, usan la comunicación serial, pero está comunicación la hacen a través del protocolo de comunicación RS-485, pero ¿Por qué usar este protocolo? La respuesta es bien simple este protocolo tiene las siguientes ventajas:

Soporta grandes distancias entre un dispositivo maestro y otros dispositivos, nosotros no lo hemos comprobado pero se dice que soporta hasta 1000 metros (1 Km), el sistema que se usa para la medición de gas LP usando nuestras tarjetas, usa solamente 12 metros de distancia entre los dispositivos.

Usa solo dos cables para su conexión, esta es otra gran ventaja pues con dos simples cables puedo conectar muchísimos dispositivos, reduciendo los costos de cableado.

Es económico, pues los dispositivos integrados para transmitir y recibir datos vía el protocolo RS-485.

Y es que, para la aplicación de los despachadores de gas LP en auto tanques, se tenía la necesidad de conectar un registro electrónico, con una tarjeta para abrir y cerrar las válvulas de gas, así que, por las ventajas mencionadas arriba, se optó por comunicar los dispositivos usando la

Comunicación serial, a través de una red de conexión RS-485. La figura siguiente muestra donde se ubican los componentes en el auto tanque.

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¿Qué es el protocolo RS-485?

Es un protocolo de comunicación serial, qué a la fecha es un estándar, es usado como sistema de interconexión entre dispositivos a grandes distancias y funciona en ambientes eléctricamente ruidosos sin problema alguno. Existen dos opciones para crear una red RS-485:

Usando 4 cables, llamada en ingles full-duplex.

Usando 2 cables, llamada half-duplex.

Enseguida se detallan cada una de estas opciones.

Comunicación RS-485 a cuatro hilos (full-duplex)

En el artículo anterior se vio que dos dispositivos pueden comunicarse serial mente usando dos cables, uno llamado receptor (Rx) y otro llamado trasmisor (Tx), pues basta con agregar un dispositivo electrónico llamado transceptor (transceiver) para protocolo RS-485. Este chip es capaz de manejar la recepción y transmisión de datos con los niveles de voltaje requeridos en la especificación que se definió para el protocolo RS-485.

Observe la figura, el transceptor se conecta a las terminales Tx y Rx de un dispositivo serial, para así tener lista la conexión RS-485 a 4 hilos, así de simple.

Ahora observe en la siguiente figura, la conexión para formar la red RS-485, con únicamente dos dispositivos seriales.

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Ese es el hardware necesario para la comunicación RS485 a 4 hilos, el transmisor y receptor son totalmente independientes, en un instante ambos pueden estar transmitiendo y recibiendo información, por eso es llamado “full-duplex” pues es más rápida este tipo de conexión que su contraparte, la conexión RS-485 a 2 hilos.

Comunicación RS-485 a dos hilos (half-duplex)

La otra conexión posible es la de dos hilos, en este caso se usa igual un transceptor para RS-485, pero que sea para dos hilos, la diferencia, es que a dos hilos, el transmisor y el receptor nunca están funcionando en el mismo instante, o el dispositivo transmite información o la recibe, pero nunca al mismo tiempo. Este tipo de conexión, es más lenta que usando la conexión RS-485 a 4 hilos, pero solo requerimos de dos simples cables, esa es una ventaja que hay que tener en cuenta, a la hora de diseñar el hardware. La figura siguiente muestra dos dispositivos conectados para funcionar con la especificación RS-485 a dos hilos, observe como es necesaria una línea más de control.

Como se mencionó arriba, la ventaja en modo “half dúplex” es evidente, requiere solamente dos cables para su conexión, lo que ahorra en cableado, sobre todo si son largas las distancias entre los dispositivos.

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Otra ventaja del RS-485

Además de las ventajas mostradas en este artículo, existe otra característica de la conexión RS-485, la posibilidad de conectar más dispositivos a la misma red, es decir, que puedo conectar a los dos hilos del RS-485 una gran cantidad de dispositivos electrónicos, anteriormente los transceptores, soportaban solamente 32 dispositivos en la misma red, ahora hay chips que soportan muchos más.

Generalmente, cuando se conectan en la red varios dispositivos uno de ellos es llamado maestro y los otros esclavos, observe la figura siguiente, muestra la conexión RS-485 de dos hilos con varios esclavos, en la figura por simplicidad no se muestra el transceptor.

Dispositivos Usados en la Medición de Gas LP

En cuanto a los dispositivos usados, para la aplicación mencionada arriba, la de medición de gas LP, se usó un registro electrónico de la empresa Red Lion, un microcontrolador PIC16F648A de la empresa Microchip y como transceptor RS-485 se usó un dispositivo de la empresa Linear Technology, el LTC485, la figura siguiente muestra tales dispositivos

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Existen muchísimas empresas que fabrican transceptores para RS-485 ya sea a dos hilos o cuatro hilos, con una infinidad de características, por ejemplo con protección contra cargas electrostáticas, o protección cuando están apagados los dispositivos o protección cuando hay un corto circuito entre A y B, etc., el diseñador puede buscar la que mejor se acomode a sus necesidades, nosotros hemos experimentado con éxito transceptores de Linear Techology, Maxim y Exar, pero por ejemplo Texas Instrument, Analog Devices, Intersil, entre otras muchas también los fabrican.

Diferencias entre modbus RTU y modbus ASCII

Modos de Transmisión del MODBUS Los modos de transmisión definen como se envían los paquetes de datos entre maestros y esclavos, el protocolo MODBUS define dos principales modos de transmisión:

MODBUS RTU (Remote Terminl Unit).

La comunicación entre dispositivos se realiza por medio de datos binarios. Esta es la opción más usada del protocolo y es la que se implementó en nuestras tarjetas.

MODBUS ASCII (American Standard Code for Information Interchange).

La comunicación entre dispositivos

Modbus RTU es una serie (RS-232 o RS-485) protocolo abierto, derivado de la arquitectura maestro / esclavo. Es un protocolo ampliamente aceptado debido a su facilidad de uso y fiabilidad.Modbus RTU es ampliamente utilizado en los sistemas de gestión de edificios (BMS) y Sistemas de Automatización Industrial (NIC). Esta gran aceptación se debe en gran parte a la facilidad de uso de MODBUS RTU.

Mensajes Modbus RTU son una sencilla CRC de 16 bits (cíclico redundante suma de comprobación). La simplicidad de estos mensajes es garantizar la fiabilidad. Debido a esta simplicidad, la estructura de registro MODBUS RTU 16-bit básico se puede utilizar para empacar en punto flotante, tablas, texto ASCII, colas, y otros datos no relacionados.

La diferencia entre Modbus RTU y Modbus / ASCII.

Hay dos modos de transmisión básicos que se encuentran en las conexiones MODBUS de

serie, ASCII y RTU. Estos modos de transmisión determinan la forma en que se codifican

los mensajes Modbus. En formato ASCII, los mensajes se pueden leer, mientras que en

RTU los mensajes están en codificación binaria y no se pueden leer mientras se

monitorea. La desventaja es que los mensajes RTU son de un tamaño más pequeño, lo que

permite un mayor intercambio de datos en el mismo lapso de tiempo. Uno debe ser

consciente de que todos los nodos dentro de una red Modbus deben ser del mismo modo

de transmisión, lo que significa MODBUS ASCII no puede comunicarse con MODBUS RTU y

viceversa.

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En Modbus / ASCII, los mensajes se codifican con valor hexadecimal, representada con caracteres ASCII completos. Los caracteres utilizados para esta codificación son 0... 9 y A... F. Por cada byte de información, de comunicación dos bytes se utilizan porque cada comunicación bytes sólo puede definir 4 bits en el sistema hexadecimal. MODBUS RTU, sin embargo, intercambia datos en formato binario, donde cada byte de datos se codifica en una comunicación bytes.

Los mensajes Modbus en una conexión en serie no se emiten en formato normal. Están construidos de una manera que permite que los receptores de una manera fácil para detectar el inicio y el final de un mensaje. Los personajes comienzan y terminan un marco en el modo ASCII.

Para marcar el inicio de un mensaje, de dos puntos ':' se utiliza, y cada mensaje se termina con una combinación CR / LF. MODBUS RTU utiliza un método diferente. En RTU, el encuadre se construye mediante la medición de las brechas de silencio en la línea de comunicación. Antes de cada mensaje, debe haber una distancia mínima de 3,5 caracteres.

Para prepararse para nuevos mensajes, el receptor limpia el búfer cuando se detecta una diferencia de 1,5 caracteres. Una de las principales diferencias entre Modbus / ASCII y MODBUS RTU es que ASCII permite brechas entre los bytes de un mensaje con una longitud máxima de 1 segundo. Con MODBUS RTU, corrientes continuas de los mensajes deben ser enviados.

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Desarrollo del laboratorio N°1

Laboratorio:

En el siguiente laboratorio se conectara equipos con código de comunicación HART, mediante Conexiones punto – punto y conexión multi- punto. Los cuales enviaran señales analógicas a un modem y serán enviadas de este como señales digitales al computador.

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Desarrollo del laboratorio N°2

Haciendo una conexión de punto a punto en nuestra primera experiencia de comunicación punto a punto .Utilizando nuestro programa REALTIMEVIEWER CONOCIENDO EL PASO A PASO

1 PASO

CONECCION DEL CONTROLADOR AL PC

2 PASO

ABRIENDO EL PROGRAMA Y RECONOCIENDO LA ENTRADA DEL PUERTO USB

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YA RECONOCIDO EL PUERTO USB Y LAS DOS SEÑALES QUE QUEREMOS PROCEDEMOS A VER CUANTOS SEÑALES QUEREMOS CONTROLAR

TIPO DE APARATO QUE VAMOS A UTILISAR

OPERANDO EL CONTROLADOR MEDIANTE UNA COMUNICACIÓN HIBRIDA POR EL PC EN IMÁGENES ALGUNOS CAMBIOS

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SEGUNDO LABORATORIO

Una vez aprendido el manejo del programa (realtimeviewer) empezamos a interconexiones algunas redes de comunicación como el RS 232 pidiendo así controlar 4 controladores a su vez desde un solo mando o pc ya que el único requerimiento que debe tener el PC es que disponga de una interfaz serie (conector DB9) o un puerto USB. Que se adapta por medio de un conversor RS-232 a USB

Las conexiones que se hiso fueron en paralelo de todos los controladores, aquí el desarrollo del laboratorio con registros de imágenes.

LA CONECCION DEL PRIMER CONTROLADOR

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CONECCION DEL PRIMER Y SEGUNDO CONTROLADOR

CONECCION DEL TERCER Y CUARTO CONTROLADOR

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DIAGRAMA DE CONECCIONES EN REGISTRO DE IMÁGENES

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Conclusión

El Protocolo HART permite a los usuarios la mejor opción de solución para aprovechar los beneficios de la comunicación digital para la instrumentación inteligente. Actualmente ninguna otra tecnología de comunicación puede igualar la estructura de soporte o la gran variedad de instrumentos disponibles con la tecnología HART. La tecnología permite el uso fácil de los productos compatibles con HART que están disponibles en el mercado por la mayoría de los fabricantes de instrumentación y que atienden prácticamente todas las mediciones de proceso o aplicaciones de control.

El surgimiento de fieldbus no desplazara la tecnología HART en nuevas aplicaciones o en las existentes. El protocolo HART proporciona a los usuarios gran parte de los mismos beneficios, al mismo tiempo mantiene la compatibilidad y la familiaridad con los sistemas existentes de 4-20 mA. El protocolo HART proporciona los ahorros económicos de comunicación remota, una flexibilidad y la precisión de la comunicación de datos digital, el diagnóstico de los instrumentos de campo y el uso de poderosos instrumentos con múltiples variables, sin que haya la necesidad de reemplazar sistemas completos.

La conexión con las redes de las plantas actuales y futuras es asegurada por la capacidad de comunicación digital y a la gran base instalada (más de 5.000.000 de instalaciones y creciendo rápidamente).

El soporte ofrecido por el protocolo HART Communication Foundation asegura que la tecnología seguirá evolucionando para satisfacer las necesidades de la instrumentación inteligente de hoy y mañana.