Medios Atmosféricos y Protocolos de Comunicación en sistemas SCADA

21 Diciembre 2009

 

Medios Atmosféricos

 

A)   MICROONDAS (MICROWAVE RADIO)

 

Es una transmisión de alta frecuencia (GHz) que es limitada por la curvatura de la tierra. Utiliza platos parabólicos que son conocidos como antenas parabólicas para la transmisión de datos.

 

 

 

Las antenas parabólicas son montadas en lo alto de los edificios debido a que debe existir una línea de vista entre las antenas.

 

 

B)  RADIO VHF/UHF

 

Es una onda de transmisión electromagnética de alta frecuencia. El radio transmisor genera la señal y la antena recibe esta información.

 

 

C)   SATÉLITE EGOCÉNTRICO

 

Los satélites geocéntricos usan una transmisión de radio de alta frecuencia del orden de los Ghz entre dos localizaciones. La órbita de los satélites es síncrona con la órbita de la tierra. Es decir, los satélites giran alrededor de la tierra utilizando una órbita geocéntrica. Sin embargo los satélites mantienen su posición relativa respecto a un punto en la tierra. Los satélites reciben y transmiten la información usando antenas parabólicas.

 

 

 

D)    LÍNEA DE POTENCIA

 

Con equipos especiales es posible enviar y recibir datos sobre una línea de potencia desde los 120 VAC hasta los 460 VAC.

 

 

 

PROTOCOLOS DE COMUNICACIÓN

 

El protocolo es una serie de reglas que definen el significado de una palabra de bits. Se ha establecido que un mensaje será enviado desde una MTU hacia un RTU a través de una serie de bits digitales. Pero, que puede representar el primer, segundo, tercer bit, y qué puede significar el bit veinticuatro. El protocolo se encarga de decirnos que significa cada bit.

 

Por tanto un código se encargará de decirnos cuál es el significado de cada bit en una comunicación serial. Este código se codifica al inicio de la transmisión y se decodifica al final de la transmisión.

 

Demás es decir que existen muchos protocolos en el mercado y cada proveedor de tecnología propone utilizar su protocolo como una estándar.

 

La figura 11 muestra un diagrama de un mensaje enviado que se basa en un protocolo de la IEEE C37.1. Cada bit es definido como un propósito. El total de la longitud de la transmisión del documento es incluido como la cima de todos los bits fijos más el número que es llevado como modificador. La cadena de la dirección remota, define la estación a la cual es mensaje es enviado. Ocho bits permiten identificar hasta 256 estaciones.

 

Fig. 11

Fig. 11

 

La función del frame es definir hasta 256 tipos de mensajes. La dirección interna define el registro con el cual la estación de recepción direcciona el mensaje. El modificador modifica la dirección interna y define cómo cuántas palabras son incluidas en el mensaje. El dato es un campo de longitud variable que va desde 0 hasta 192 bits.

 

El CRC es un código de 16 bits de ciclo redundante basado en una fórmula de BoseChaudhuri – Ocquenghem para la detección de los errores de transmisión.

 

A continuación se muestra un ejemplo para el cálculo del CRC. El cálculo del CRC es un modelo matemático que es implementado por circuitos digitales o por rutinas desarrolladas en micro procesadores.

 


Fig. 12

 

A)   MODULACIÓN DE LAS SEÑALES DIGITALES

 

La modulación de las señales digitales es llevada a cabo por equipos conocidos como módems que es la contracción de Modulate and Demodulate. Pero, ¿cuál es el significado de modulación? Generalmente esto significa variar o cambiar la forma de onda de acuerdo a una onda portadora.

 

Cuando se envían señales discretas a través de una línea, estas señales se ven atenuadas por el efecto de la resistencia del medio físico.

 

La figura 13 muestra que una forma de onda puede ser separada en una serie matemática de serie de ondas senoidales. Un francés matemática llamado Fourier describió el método para analizar estas formas de ondas. Demostró que una forma de onda rectangular es la suma de sus componentes senoidales.

 


Fig.13

 

Los componentes de la onda original se ven afectados por la inductancia y capacitancia del medio físico utilizando. El efecto principal es la distorsión del ángulo de fase de la señal. Sin embargo se pudo demostrar que una frecuencia base no se ve afectado por la distorsión del medio físico. En tal sentido la idea es utilizar una frecuencia portadora para la modulación de la información.

 

Los distintos métodos de modulación son:

1. Amplitud modulada AM.

2. Frecuencia modulada FM.

3. Modulación de fase PM.

 

 

La amplitud modulada AM varía la amplitud de la alta frecuencia de la onda portadora multiplicado por la amplitud de los datos. El resultado es una serie de ondas sinusolidales que varían de amplitud a la velocidad de los datos.

 


Fig. 14

 

 

La modulación por frecuencia FM varía la frecuencia de la onda portadora de acuerdo a la amplitud de los datos. La amplitud de la onda de salida es constante. En estos casos el ruido atmosférico no afecta a la onda portadora.

 


Fig. 15

 

La modulación por ángulo de fase, cambia la fase en respuesta al cambio de amplitud de los datos. Este tipo de modulación permite mayores velocidades de comunicación respeto a la modulación AM.

 

Un protocolo gobierna el formato de transmisión entre dos o más estaciones, incluyendo en handshaking, el error de detección y error de recuperación. Cuando se selecciona un protocolo el que se ajuste más a su aplicación. Los criterios a tener en cuenta al seleccionar un protocolo son:

 

• Topología de la conexión.

• Modo de transmisión.

• Otros requerimientos de la aplicación, como conexiones y equipos ya existentes.

 

Si su modo de transmisión es en una dirección el protocolo a seleccionar será half dúplex. Si el modo de transmisión es bidireccional en forma simultánea el protocolo a seleccionar será full dúplex.

 

Dependiendo del proveedor elegido para la estación maestra y esclavo, el protocolo será el sugerido por el fabricante de estos equipos. Por ejemplo, si se trabaja con equipos de la marca Allen Bradley, el proveedor sugerirá el protocolo DF1 half dúplex porque este tiene como beneficios:

 

• Monitoreo remoto de la tabla de datos de la estación remota, así como acceso al programa escalera de esta estación.

• Mensajes entre estaciones.

• Menor costo porque el protocolo viene incluido con los equipos.

 

EL protocolo DF1 es un protocolo asíncrono. Usted necesitará trabajar con otro protocolo si:

 

• Está usando lazos de comunicación con satélites, radio módems y software que necesiten trabajar con handshaking.

• Expandir un sistema existente que no trabaje con protocolo DF1 de AB.

 

Sin embargo, muchos proveedores de tecnología proveen soluciones conocidas como Gateway, que son equipos o software que se encarga de convertir un protocolo determinado en otro protocolo.

 

A continuación se le muestra una tabla de distintos protocolos disponibles para estaciones maestras:

 

Protocoloas para SCADA

 

Protocolos RTU

 

 

SELECCIÓN DE LOS EQUIPOS DE COMUNICACIÓN

 

Un método para calcular el scan del intervalo está basado en varias consideraciones ya mencionadas en la unidad 1. Cuando se tiene aplicaciones críticas, es necesario manejar mayores anchos de banda con mayores velocidades de comunicación. En estos casos los medios de comunicación a utilizar considerará el uso de por ejemplo un medio físico como la fibra óptica, ondas de radio, etc. Implementar una línea dedicada es mucho más sofisticado, pero es necesario tener una compañía de teléfono quién pueda brindar este servicio.

 

 

PREGUNTAS DE AUTOCOMPROBACIÓN

 

1. Nombre tres métodos de modulación de la forma de onda.

a.Amplitud, fase y por ancho de banda.

b.Frecuencia, PWM y AM.

c.Carrier power, FM ya AM.

d.Amplitud, frecuencia y fase.

e.Ninguna de las anteriores.

2.¿Es posible transmitir más de 1 200 bps en un módem de 1 200 bps?

a.Sí.

b.No.

c.Si la técnica de modulación lo permite.

d.Sólo a y c son válidas.

e.Ninguna de las anteriores.

 

 

RESPUESTAS A LAS PREGUNTAS DE AUTOCOMPROBACIÓN


1) d

2) c

 

José Carlos Villajulca

Soy un apasionado ingeniero especializado en Control, Automatizacion e Instrumentación Industrial. Con mas 8 años de experiencia desarrollando proyectos y manteniendo sistemas de control en diversas plantas industriales. Soy director y webmaster de InstrumentacionyControl.NET y de MyAutomationClass.com. Cualquier consulta o comentario lo puedes hacer en la parte de abajo y escribiendo a mi email.

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