Las redes industriales, principales topologías

24 Junio 2010

En la industria, el uso de computadoras aplicadas al control automático evolucionó desde un único computador supervisando algunos controladores analógicos a complejos sistemas que interrelacionan múltiples procesadores. Estos procesadores comprenden controladores PID de lazo simple y multilazo, estaciones de operación, PLC's, transmisores inteligentes, etc. Integrados en una o varias redes de datos en tiempo real, también denominadas redes de control de procesos.

  

Por otra parte, las plantas industriales cuentan en muchos casos con sistemas de computadoras a fin de satisfacer sus necesidades administrativas y gerenciales. Llamamos red administrativa a este sistema. Surge entonces la idea de integrar no solamente los equipos digitales de control de procesos entre sí sino también la integración de éstos con la red administrativa. Se presentarán aquí los conceptos básicos de redes, para comprender mejor el problema de las comunicaciones digitales en relación a las dos áreas mencionadas.

 

LA ESTRUCTURA DE REDES INDUSTRIALES

 

Una red de computadoras está formada por la interconexión de dos o más dispositivos a través de un medio de transmisión y que pueden intercambiar información entre sí. En el caso de un bus de campo (fieldbus), es decir una red que interconecta instrumentación a nivel de campo, el medio de transmisión es por lo común cables, pero también esto es posible con fibra óptica y telecomunicación. La elección del medio de transmisión es a menudo dependiente de la interfaz y la velocidad requerida.

 

La topología de redes describe el modo en que varios dispositivos en una red son interconectados. Existen varias topologías que difieren de acuerdo a tres criterios: disponibilidad, redundancia o expandibilidad. Las topologías básicas son los arreglos de estrella, anillo y bus.

 

 

-  ESTRUCTURA EN ESTRELLA

Toda la información es canalizada a través de un nodo central como lo es una computadora central. Cada dispositivo es servido por su propia conexión. El intercambio de datos entre periféricos ¡nicialmente centralizado o desde la periferia, es siempre manejado vía el nodo central. Esta topología tiene la ventaja de que si una de las líneas está sujeta a interferencias, solo el dispositivo conectado a ella es afectado. Adicionalmente, las líneas pueden ser conmutadas a encendidas o apagadas durante la operación normal.

 

Figura 1.1 Ejemplo de Topología en Estrella

 

Por otro lado, el dispositivo en el nodo central debe actuar en forma extremadamente confiable. Si fallase o se sobrecargase debido a las excesivas transacciones de trasferencias de datos, todo el sistema se viene abajo. En adición, desde que los cables corren hacia un punto central, se deben tener adecuados sistemas de enlace.

 

 

- ESTRUCTURA EN ANILLO

 

La información es pasada de dispositivo a dispositivo. No hay un control central en el anillo, en vez de esto, cada dispositivo asume el rol de controlador a intervalos estrictamente definidos. Teóricamente no existe límite para el número de dispositivos permitidos. La falla de un dispositivo es normalmente suficiente para interrumpir el anillo y detener todas las comunicaciones. Para evitar esto, se incorporan interruptores de bypass que automáticamente conmutan cuando un dispositivo falla. Esto también permite a los dispositivos ser añadidos o removidos sin interrumpir la operación normal. Una variación de la estructura en anillo es la conocida como token ring.

 

Figura 1.2 Ejemplo de Topología en anillo

 

 

-  ESTRUCTURA EN BUS

 

Todos los dispositivos son conectados a una misma línea de datos, llamada bus, a través de la cual es pasada la información. Un bus con ramas se dice que tiene una estructura en árbol. La información llega al receptor sin la ayuda de ningún otro dispositivo; en efecto, en contraste a una estructura en anillo, las estaciones individuales son pasivas. Si se añade un dispositivo al bus, no se requieren interfaces adicionales en las estaciones existentes. Así, el problema de un número limitado de participantes relacionados con la estructura en estrella no aparece. La cantidad de cableado necesario es pequeño y se pueden agregar nuevos dispositivos sin problema. Una estructura en bus puede permitir comunicación cruzada entre cualquiera de los dispositivos conectados. Desde que todos se conectan a un cable común, la transmisión debe ser estrictamente regulada.

Figura 1.3 Ejemplo de Topología en Bus
 
A continuación se tiene un cuadro comparativo.
 
 

Característica

Estrella

Anillo

BUS

Disponibilidad

Control centralizado, acceso regulado por una inteligencia central

Tiene control descentralizado, el acceso es pasado de dispositivo a

dispositivo

Son posibles tanto un control centralizado o descentralizado

Redundancia

Si la inteligencia central falla, la red falla. No son críticas líneas individuales

Si la línea falla, la red falla. Se hacen necesario colocar interruptores de bypass si la falla del dispositivo no afecta la función de la red

Depende del modo de control de bus que se adopte. Para control centralizado es estrella, para control

descentralizado, anillo

Expandibilidad

Limitado al número de conexiones al

controlador central

Ilimitado; sin embargo, el tiempo de rotación token, fija un límite práctico pues gobierna el tiempo de respuesta

Ilimitado, sin embargo, el tiempo de encuesta (polling) de todos los dispositivos es un límite práctico

Requerimientos de cables

Cable apantallado

La línea debe estar libre de cualquier interferencia; se usa cable coaxial u otro cable confiable

La línea debe estar libre de cualquier interferencia; se usa cable apantallado u otro cable confiable

Requerimientos de

interfaz

Suficiente RS-232C

La interfaz debe proveer una

transmisión inmune a las interferencias

La interfaz debe

proveer una transmisión inmune a las interferencias

Tabla 1.1 Comparación de Topologías de redes

José Carlos Villajulca

Soy un apasionado Ingeniero Electrónico especializado en Control, Automatizacion e Instrumentacion Industrial. Experimentado en el desarrollo, ejecución y gestión de proyectos asi como en la Operacion de sistemas automaticos.

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