Preguntas Módulo II de Informática Industrial

PREGUNTAS MÓDULO II DE INFORMÁTICA INDUSTRIAL

Diferencias y similitudes entre maestro-esclavo y servidor-cliente:

Maestro – Esclavo: único equipo de control de la red, de forma permanente o temporal. Se encarga de iniciar la comunicación, los esclavos contestan a sus peticiones.

Cliente – Servidor: Los nodos proporcionan un servicio. Los clientes solicitan el nodo y el servidor responde. El nodo puede ser cliente y servidor a la vez.

Diferencias entre Ethernet y Fast Ethernet:

Ethernet es hoy en día el tipo de red más utilizada, porque es estándar, fiable y barata. Ha desplazado a otros buses, entrando rápidamente en el mundo industrial. Los medios de comunicación que utiliza son (cable coaxial grueso):

• 10 Mbps, topología bus,
• 10 Mbps, topología bus,
• 10 Mbps, HUB → topología estrella,
• 10 Mbps, punto a punto

El acceso al medio se hace a través de half-duplex , como se produce colisión entre lo que se transmite y se recibe, se utiliza CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection).

Fast Ethernet, es Ethernet a 100 Mbps, en el que se utilizan 2 medios para la comunicación:

• 100BaseTX: 2 pares de cable UTP Categoría 3
• 100BaseFX: 2 fibras multimodo

(Un par para transmitir, el otro para recibir – Autonegociación de la velocidad)

Se utiliza el full-duplex como acceso al medio, el HUB debe ser un switch y no hay colisiones entre lo que se transmite y lo que se recibe.

ARP: Address Resolution Protocol

– Se usa para convertir número IP a dirección de la capa física (Dirección IP → Dirección Ethernet)

Diferencias entre Puertos seriales RS-232 y 422:

Las diferencias entre los seriales son: RS-422 utiliza señales diferenciales mediante 2 hilos (sin punto de referencia a masa), elimina el ruido electroestático. Las señales son del tipo Tx+,Tx-,Rx+,Rx- , con un rango de voltaje de +6V a +2V y -2V a -6V. Encontramos menor variación de voltaje (mayor velocidad, mayor distancia y se permite estructura en BUS). Permite la comunicación entre hasta 32 estaciones con comunicación tipo maestro-esclavo, y existe resistencia terminadora.

Acceso al medio en Profibus:

El acceso al medio se hace de 2 maneras:

– testigo (token): el acceso se lleva a cabo entre maestros y en orden ascendente de direcciones. Cada maestro trata de pasar el ‘token’ 3 veces y después prueban con el siguiente. El maestro entra automáticamente en el anillo, comenzado por el de ID más bajo. El proceso se inicia tras el encendido y también tras pérdida del testigo.

– muestreo (polling): el maestro es el único que tiene el testigo, y se comunica con los esclavos que tiene asignados y con otros maestros (mensajes de alta prioridad incluso sin testigo).

Servicios de UDP (User Datagram Protocol), nombrar e indicar funcionalidad:

– DHCP (67 y 68), DNS(53)

– NFS(111 y 2049): Network File System: Sistemas de archivos en red

– Bootp (67 y 68): Bootstrap Protocol: Carga del sistema operativo desde servidor

– TFTP(69): Trivial File Transfer Protocol: Se utiliza como parte del arranque remoto

– SNMP (161): Simple Network Management Protocol: Gestión de dispositivos de red

– NTP (123): Network Time Protocol: Sincronización de reloj del sistema

Principales Carácteristicas Bus HART:

El Bus HART utiliza los tendidos de 4-20mA, lo que conlleva rentabilizar la inversión con FSK en el reango +-0.5mA. Son dispositivos inteligentes (Parámetro, estado y ajustes). Se pueden conectar hasta 15 dispositivos a un mismo cable (solo transmisión digital) y hasta una longitud de 3 km. Los modos de comunicación que utiliza son maestro-esclavo y modo difusión.

Control distribuido y control centralizado:

Control Distribuido (DCS)

Aparecen dispositivos con microprocesador (Controlador Lógico Programable (PLC)) y los cambios programados no suponen cambios de software. Los sistemas complejos se subdividen con controladores propios junto a cada planta. La comunicación entre subsistemas es digital (Buses de Campo) con solo único medio para transmitir todas las señales que conlleva la reducción del número de cables. Se puede programar a distancia, ofrece la supervisión remota, diagnósticos y acceso a la información. Control Centralizado

Hasta los años 60, la lógica era cableada y a través de relés, condensadores y resistencias. Las señales analógicas eran de 4-20mA. Todas las señales se llevaban a armario. Debe estar cerca de la planta y el centro de control guiado mediante cables. Esto llevaba a una gran cantidad de cables (alimentación y señales). Se crean interferencias, caídas de tensión y el mantenimiento es complicado.

• CIM: Computer Integrated Manufacturing

– Sistemas SCADA  (Supervisory Control And Data Acquisition)

– Información se almacena en Banco de Datos (Accesible desde toda la empresa)

– Evaluación de estrategias a nivel global

● Procesos productivos

● Recursos humanos

● Logística

● etc.

Diferencias entre maestro-esclavo y productor-comsumidor:

La comunicación Maestro – Esclavo, se compone de un único equipo control de la red que de forma permanente o temporal se encarga de iniciar la comunicación. Los esclavos contestan a sus peticiones.

La comunicación Productor – Consumidor, se basa en la difusión. El mensaje se emite cuando se considera necesario.

Acceso y control de errores en el bus CAN open:

El  Acceso al medio usa arbitraje con prioridad a bit, basado en la y-lógica (0 tiene más prioridad que 1). Cada nodo escucha a la vez que envía.

El control de los errores se basa en el Bit ACK emitido recesivo(1), que debe ser activado dominante por algún receptor. El CRC será de 15 bits, con una probabilidad de no detectar errores de 3*10^-5.

La Gestión de errores se llevan a cabo con:

• Trama de error: si un receptor no reconoce la trama.
• Contadores de error

1. TEC: contador errores transmisión
2. REC: contador errores recepcion

Estados de error:

1. Error activo (TEC
2. Error pasivo (TEC>128 y REC>128)
3. BUS-OFF (TEC>255)

CANopen: Capa física:

Medio

– par trenzado de 2 o 4 hilos

– resistencia terminadora (LT) 120Ω 0,25W Transmisión diferencial

– NRZ (Non Return to Zero)

• Define dos niveles

– Dominante (0) → diferencia 2V

– Recesivo (1) → no hay diferencia

Topología

– Cadena (Daisy chain)

– Derivaciones (Drop lines)

● Derivadores (Tap) conectados línea principal (Trunk)

● Provocan reflexiones

– no superar los 30cm

– Mixto

● Combinación de las anteriores

Conectores

– DB9

– RJ45

– Abierto

– Mini-Din 5 pines

CANopen: Capa de enlace

Estructura del paquete

● Identificador de 11 bits

● RTR solicitud de transmisión

Funciones del Modbus:

Funciones de lectura de datos:

– 01: señales discretas de salida: Output Coils

– 02: señales discretas de entradas: Input Contacts

– 03: registros analógicos de salida: Output Holding Registers

– 04: registros analógicos de entrada: Analog Input Registers

Funciones de escritura de datos:

– 05: una señal discreta de salida: Simple Discrete Output Coil

– 15: múltiples señales discretas de salida: Multiple Discrete Output Coils

– 06: un registro analógico de salida: Simple Analog Output Holding Register

–16: múltiples registros analógicos de salida: Multiple Analog Output Holding Register

Diferencias entre el RS-232 y el RS-485:

Serial RS-485

– Sólo 2 conductores: D+, D-

– Tercer estado → alta impedancia

● Si no está enviando à Todos los equipos pueden emitir

● Todos reciben à Hasta 256 equipos

● Con receptores alta impedancia

Acoplamiento de Ruido:

– Mecanismo que acopla fuente con circuito afectado:

● Acoplamiento por impedancia

● Acoplamiento electrostático o capacitivo

● Acoplamiento magnético o inductivo

● Radiación en radiofrecuencia

Registros del Modbus:

– 03: registros analógicos de salida (Output Holding Registers)

– 04: registros analógicos de entrada (Analog Input Registers)

– 06: un registro analógico de salida (Simple Analog Output Holding Register)

– 16: múltiples registros analógicos de salida (Multiple Analog Output Holding Registers)

Profibus:

Profibus (PROcess Field BUS) nació en 1989 por fabricantes alemanes, se basa en las normas EN5010 IEC61158 y está muy extendido por todo el mundo. Los perfiles que utiliza son:

– FMS: nivel OSI 7: gran trasferencia de datos

– DP: periferia descentralizada

– PA: DP ampliado (zonas de seguridad extrínseca y reducción de voltajes y corrientes)

• Profibus: Físico

Basado en EIA-485

– Bus terminado en ambos extremos

– Cable de par trenzado apantallado

– Velocidad entre

● 9,6Kbps (1200 m)

– con repetidores hasta 4800m

● 12 Mbps (100 m)

– 32 estaciones

● con repetidores hasta 127

• Profibus: nivel aplicación

– FMS: Fieldbus Message Specification, como proveedor de servicios.

– Los servicios pueden ser, confirmados o sin confirmar.

– establecer conexión

– acceso a variables, arrays y listas

– acceso a bloques de memoria

– invocación de programas: arranque, parada, etc.

– gestión de eventos → alarmas

– envío de informes en modo difusión

– diccionarios de objetos → lectura/escritura

– LLI: Lower Layer Interface (Adaptación del nivel 7 al nivel 2)

– control de flujo

– monitorización de conexión (Comunicaciones soportadas)

– Sin conexión

● Broadcast

● Multicast

– Con conexión (1-a-1, establecimiento, finalización)

● Maestro - maestro

● Maestro - esclavo

– FMA: Fielbus management services (Gestión de contexto)

– abrir y cerrar comunicaciones de gestión

● Gestión de configuraciones

● Gestión de fallos

Interconexión de Redes:

Repetidor → Capa física

– Regenera señales eléctricas

● Alargar el segmento

● Son bidireccionales

– Pueden usarse para cambiar medio o norma

● Coaxial → par trenzado

– Hubs → bus con topología estrella

– No necesitan configuración

– No resuelven problemas de tráfico à retransmiten las colisiones o información errónea

Puente → capa de enlace

– Conocidos como bridge o switch

– Unen redes del mismo tipo y protocolo

– Procedimiento

● Almacenar paquete recibido

● Analizar paquete

– elimina si erróneo (Enviar al destinatario)

– sólo si en distinta rama

Router → capa de red

– Une redes de igual protocolo  (Aunque configuración o estructura sea distinta)

Pasarela → capa de red

– Conocidos como gateway

– Une redes de distinto protocolo

– Funcionalidades

● Almacenar paquetes a nivel de transporte

● Adaptación de formatos al destino

● Envío a la red y estación destino

Diferencias entre UDP y TCP/IP:

UDP: User Datagram Protocol

Para envíos sin conexión ni confirmación

– Orientado a transacción

– Hay CRC para comprobar errores en los datos

– Poca sobrecarga

– Se utiliza cuando

● No necesario mantener conexión

● Servicios de tiempo real

● No tiene sentido la retransmisión → streaming

TCP/IP: Transmission Control Protocol

Proporciona conexión:

– Fiable: El destinatario tiene que confirmar recepción

– Ordenada: Bytes numerados → se reconstruyen en orden a pesar de pérdidas o retrasos

– Protegida de error → CRC

– Control de flujo: Receptor indica cuantos datos más puede procesar

– ventana deslizante: 0 → parar (Control de la congestión)

– adaptación de la velocidad

– Persistencia (asegura que conexión activa)

Comunicación pasa por varios estados (Más complejo)

– Paquete más sobrecarga que UDP

•           Bus AS-Interface:

Creado en el año 1994 à 11 fabricantes: Siemens, Omrom, Festo, etc.

– Estándares: EN 50295, IEC 62026/2, IEC 947.

Orientado a sensores y actuadores binarios

– un bit por elemento

– no señales analógicas

capa física

– Cable de 2 hilos sin trenzar

● Amarillo: alimentación y comunicación

● Negro: alimentación auxiliar 24 VDC

● Rojo: alimentación auxiliar 220 VAC

– Posibilidad de conectores vampiro

● atraviesan la cobertura

● auto-cicatrizantes

● única posición

Consumo

– Cada dispositivo hasta 65mA (Caso contrario línea auxiliar de alimentación)

Protocolo maestro-esclavo

– único maestro

– hasta 31 esclavos

● hasta 124 entradas digitales

● hasta 124 salidas digitales

Topología flexible: estrella, bus y árbol:

nivel aplicación

– LLI: Lower Layer Interface (Adaptación del nivel 7 al nivel 2)

– control de flujo

– monitorización de conexión (Comunicaciones soportadas)

– Sin conexión: Broadcast y Multicast

– Con conexión (1-a-1, establecimiento, finalización)

● Maestro - maestro

● Maestro - esclavo

– FMA: Fielbus management services (Gestión de contexto)

– abrir y cerrar comunicaciones de gestión

● Gestión de configuraciones

● Gestión de fallos

•           Cable de par trenzado: estructura, variantes y características:

Par = 2 conductores aislados enrollados

– unas 40 vueltas por metro

– conductor sólido o de hilos finos de cobre

Cable: varios de esos pares

– 2, 4, 6, 8, 25, 50 o 100

● Para redes à típicamente 2 o 4 (Pantalla)

● sin pantalla → UTP

● maya para todos → STP

● Hoja alrededor todos → ScTP, FTP

● Hoja alrededor de cada par → U/FTP

● Hoja alrededor de cada y maya para todos → S/FTP

– Cobertura: PVC, Teflón o Kynar

Ventajas:

– Facilidad conexión dispositivos

– STP: buen bloqueo de interferencias

– UTP: barato, fácil de instalar

Desventajas:

– STP a veces voluminoso y difícil de manejar

– UTP más interferencias que coaxial o fibra óptica

Problemas típicos

– Atenuación excesiva → demasiado largo

– Cruce de pares → error en el conector

– Diafonía (crosstalk) entre pares

• Cable coaxial:

Formado por:

– Núcleo de cobre

– Aislante dieléctrico

– Malla conductora

– Cubierta protectora

Impedancia depende de

– los diámetros

– de las propiedades del dieléctrico

Ventajas

– Muchas aplicaciones à Transmisión de voz, datos y vídeo

– Fácil de instalar

– Precio razonable

Inconvenientes

– Se daña con facilidad

– Más difícil de trabajar que los de par trenzado

– Conectores pueden ser caros

Problemas

– Circuito abierto o cortocircuito → conectores

– Error en la impedancia

•           Puertos Seriales RS-232, 422 y 485:

Serial RS-232 (EIA-232)

Surgido en 1969, para unir terminales (DTE) y modems (DCE).  IBM utilizó en los PCs

Líneas

– Líneas datos:

● TxD

● RxD

– Líneas de control → voltajes invertidos

● RTS listo para enviar (control flujo hw)

● CTS listo para recibir (control flujo hw)

● DSR el DCE está listo

● DTR el DTE está listo

● CD portadora detectada

– Transiciones

– Capacidad del conductor deforma la señal (máxima 2500 pF →

– Velocidades (baudios) à 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 38400, 115000

Conectores

– DB-25 el del estándar

– DB-9 el de IBM

Serial RS-422 (EIA-422)

Diferencia con RS-232

– Usa señales diferenciales mediante 2 hilos (sin punto de referencia a masa)

– se elimina ruido electrostático (Señales: Tx+, Tx-, Rx+, Rx)

– Rango voltajes: +6v a +2v, -2V a -6V (Menor variación en voltaje)

– mayor velocidad: hasta 10Mbps (

– mayor distancia: 1200 m (90Kbps)

– Se permite estructura bus

● Hasta 32 estaciones

● Maestro-esclavo

● Resistencia terminadora

Serial RS-485 (EIA-485)

Diferencias RS-422

– Sólo 2 conductores: D+, D-

– Tercer estado → alta impedancia (Si no está enviando)

– Todos los equipos pueden emitir (Todos reciben)

– Hasta 256 equipos (Con receptores alta impedancia)

•           Direccionamiento IP, clases y rangos:

Direccionamiento

– 32 bits = 4 bytes → notación puntos decimales

● 193.145.98.254

● Bits más significativos → identificador de red

– 193.145.98.0 → Máscara de red 255.255.255.0

● Menos significativos → identificador de host

– 0.0.0.254

Clases

Inicialmente → Tamaño red depende de la clase (Problemas de reparto)

En 1993 surge CIDR → classless  (Añade indicación de bits de red)

● 193.145.98.0/24

– Esquema jerárquico de reparto: global → local

Rangos reservados

Rango para uso especial

Número de red → no asignar a host (193.145.98.0/24 → 193.145.98.0)

Broadcast de red → no asignar a host (193.145.98.0/24 → 193.145.98.255)

● ultima dirección subnet

• DNS: DNS: Domain Name System

– Sistema jerárquico de nombre de dominio

● www.ull.es. → ull.es. → es. → .

● Es independiente de número IP

– Información almacenable

● A: dirección IP asociada al nombre: nombre → IP

● NS: servidor de un subdominio

● SOA: información de una zona

● MX: servidor de correo del dominio

● CNAME: alias de un nombre → otro nombre

Resolución inversa (PTR) → in_addr.arpa.

(193.145.98.254 → 254.98.145.193.in-addr.arpa)

No todas las máquinas tienen

Servicio DNS → búsquedas en DNS

– Cada dominio: servidor primario y servidores secundarios

– redundancia: cada información tiene tiempo de validez

– cacheable: Máquina Unix → /etc/resolv.conf

– Dirección IP servidores a utilizar: Depuración nslookup o dig

• DHCP:

DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol

– Protocolo para la configuración dinámica de los parámetros red IP

● Broadcast sobre UDP (Parámetros mínimos)

● Dirección IP

● Máscara de red

● Routers

● Servidores de nombre (Otros parámetros)

● Servidor de tiempo

● Nombre de la máquina

● Servidor de impresión

● Servidores WINS

•           Ruido Electrico:

Ruido Eléctrico es debido a la suma de dos factores:

– Fuentes de ruido: Producen cambios rápidos en voltaje o corriente

– Arranque de grandes motores

– Tubos fluorescentes

– Rayos

– Subidas de tensión por fallos eléctricos

– Equipos de soldadura

– etc.

– Mecanismo que acopla fuente con circuito afectado:

● Acoplamiento por impedancia

● Acoplamiento electrostático o capacitivo

● Acoplamiento magnético o inductivo

● Radiación en radiofrecuencia

•           Ethernet y Fast Ethernet:

Ethernet, desarrollado por Xerox a mediados de los 60. En 1980 consorcio DIX (Digital, Intel y Xerox). En 1983 estándar IEEE 802.3 (Ligeras diferencias con Ethernet (de DIX))

● Ethernet: define capa física y enlace

● 802.3 divide enlace en MAC y LLC

– MAC incluida en capa física

Hoy en día el tipo de red más utilizada

– Estándar, fiable y barata

– Entrando rápidamente en el mundo industrial

● Desplazando otros buses

Fast Ethernet, Ethernet a 100 Mbps (802.3u)

– 100BaseTX: 2 pares de cable UTP Categoría 3

– 100BaseFX: 2 fibras multimodo

802.3x

– Utiliza full-dublex

– HUB debe ser switch

– No hay colisiones (Un par para transmitir, el otro para recibir)

– Autonegociación de la velocidad

Gigabit Ethernet

– 1000BaseT: cable UTP categoría 5

– Tamaño mínimo de paquete = 512 bytes

•           Fibra Óptica:

Utiliza señales luminosas a través del núcleo

– De material transparente

● Plástico → más resistente, Vidrio → menor atenuación

– Guiaondas para señales luminosas

● No sufren interferencias electromagnéticas

– Cables se agrupan en:

varias fibras

● Rodeadas por una cubierta

– Pueden tener

● estructura holgada: relleno de gel

● estructura densa

Tipos

– Monomodo → único haz paralelo al eje

● diámetro muy pequeño

● grandes distancias (400Km) con láser alta intensidad

– Multimodo → varios haces con distinto ángulo

● Usualmente menor distancia (2Km)

● Núcleo mayor diámetro

– conexionado y manejo más fácil

Ventajas

– Núcleo absorbe poca energía (Permite largas distancias)

– Gran ancho de banda (Más rápida que transmisión por cable)

– Inmunidad electromagnética

– Muy ligera y flexible (fácil instalación)

Inconvenientes

– Transmisores y receptores caros

– Conexionado complicado

– Fragilidad de las fibras

• Ethernet Industrial:

Primeras versiones no aptas. Nuevas versiones estándar de facto

- Capa 1 y 2 de buses tradicionales

● Modbus/TCP

● Ethernet/IP

● ProfiNET

● Fundation Fieldbus HSE

Conectores

– RJ45 poco adecuados en ciertos ambientes (Protección para el conector)

– Conectores M12 (IEC61076) (resistente a polvo, temperatura, vibraciones, etc.)

Mejoras

Ruidos

– Elegir medio adecuado (FTP, ScTP o fibra en vez de UTP)

– Tendidos alejados de las fuentes

Particionado

– Separar de redes de oficina

– Separar por seguridad y velocidad

Alta disponibilidad

– Hub - switch avanzados

● Soportan VLAN

● Calidad de servicio (QoS)

– Dispositivos con doble tarjeta de red à Conectadas a distintas redes

– Anillos redundantes entre HUBs

– Fuentes de alimentación redundantes

– Cambio de elementos en funcionamiento à hot-swap