Instrumentos Digitales de Campo, medios y modos de transmision y comunicación – parte 1

Actualmente es cada vez mayor el desarrollo de equipos de instrumentación y control que se comunican a través de señales digitales en reemplazo de las analógicas.

Es importante entonces conocer algunas características acerca de la transmisión de las mismas, de los medios físicos a través de los cuales éstas son enviadas y de las ventajas de la instrumentación digital de campo sobre la convencional. Vamos a considerar en esta parte lo correspondiente a transmisores y válvulas con tecnología digital.

Las famosas señales analógicas y digitales

A pesar que la señal de 4-20 mA, como ejemplo de señal estándar de transmisión, es todavía empleada en la mayoría de los casos, en años recientes se ha visto una gradual transformación de instrumentación analógica a digital. Hoy, se está dando el cambio de señales analógicas a digitales.

La transmisión analógica de información se caracteriza por el continuo cambio de amplitud de la señal. En la ingeniería de procesos, la señal de 4-20 mA mencionada, es transmitida en una forma analógica pura. Una corriente proporcional al valor medido, en el caso de los transmisores, fluye entre éstos y los instrumentos que la reciben tal como un controlador, un medidor o un registrador. En una señal analógica tal, sin embargo, el contenido de información es muy restringido; solamente el valor de la corriente y la presencia o no de ésta puede ser determinada.

Una señal digital a diferencia, no cambia continuamente, sino que es transmitida en paquetes discretos. No es tampoco inmediatamente interpretada, sino que debe ser primero decodificada por el receptor. El método de transmisión también es otro: como pulsos eléctricos que varían entre dos niveles distintos de voltaje. En lo que respecta a la ingeniería de procesos, no existe limitación en cuanto al contenido de la señal y cualquier información adicional, desde un transmisor por ejemplo, puede ser transmitida con la variable medida.

Una de las ventajas de la transmisión digital es la eliminación de las innecesarias conversiones de analógica a digital. En este caso, la señal analógica es muestreada. A mayor velocidad de muestreo con una resolución más fina, mejora la conversión. Los costos sin embargo también se incrementan, de modo tal que debe existir un compromiso entre costo y precisión.

Un repaso rápido de conceptos sobre Comunicación Digital

En la comunicación analógica, la información es transmitida a través de la amplitud de la señal. En la comunicación digital, la señal está compuesta por una serie de pulsos de voltaje y es enviada del transmisor al receptor a través de un medio de transmisión. Este puede ser un cable, fibra óptica o radio. La información es usualmente contenida en los cambios entre dos niveles de voltaje que pueden tomar los valores lógicos «1» y «0». Los niveles reales de voltaje y las tolerancias dependen del estándar de ínterfaz empleado. Los voltajes que caen fuera de las bandas no son considerados como datos.

Las unidades de datos individuales, representadas por los valores 0 y 1 son conocidos como bits. Estos valores son por supuesto la base del sistema de numeración binario. El sistema binario es usado para todos los cálculos dentro del microprocesador que aparece como el corazón de un instrumento digital de procesos. El conjunto de 8 bits es denominado un byte el cual representa el bloque de construcción de todos los valores alfanuméricos empleados por ejemplo por un operador para comunicarse con un microprocesador.

Desde que la comunicación digital involucra por lo menos dos equipos, ambos deben ser capaces de interpretar la señal. Es por ello que usan códigos de control en los cuales una secuencia específica de bits, indica a uno de los equipos lo que se está transmitiendo y cómo. Los códigos de datos son empleados para la información misma. Las mismas reglas se aplican sin importar si estamos hablando a un microprocesador o si varios dispositivos en una red se están comunicando entre ellos. El código ASCII (American Standard Code for Information Interchange) es probablemente el ejemplo más conocido de un código de control y de datos.

Que Medios de Transmisión tenemos?

A mayor información transmitida y a mayor velocidad de transmisión, mayor es la demanda de mejores características para el medio de transmisión. Esto es particularmente cierto para las redes industriales de comunicación, en donde las condiciones distan mucho de ser ideales por ejemplo debido a las posibles interferencias de máquinas eléctricas. Por esta razón, el mejor medio de transmisión depende en mucho de la aplicación.

– Los Cables Trenzados (Twisted Cable)

Es la solución más económica para la transmisión de datos; permite velocidades de transmisión de hasta 375 KBit/s sobre líneas de hasta 300 m de largo. En muchos casos, se usan pares trenzados y apantallados que proveen mayor inmunidad a la interferencia. En este caso las distancias pueden llegar a los 1200 m. Se pueden también emplear cables multifilares, siempre que no se genere interferencia entre éstos.

Según el estándar FIP, dos pares de cables con doble blindaje, permiten una velocidad de transmisión de 1 Mbit/s sobre distancias de hasta 2000 m.

En todos los casos sin embargo, el cable de comunicación debe mantenerse aparte de los cables de energía cuando se manejan cargas grandes.

– Los Cables Coaxiales

Permiten una alta velocidad de transmisión con la ventaja adicional que puede llevar muchos mensajes simultáneamente. El ancho de banda llega hasta 10 MHz. Los cables son más caros que los trenzados y son raramente encontrados en el campo.

– Los Cables de Fibra Óptica

Su capacidad de transmisión es 5 veces mayor a la del cable coaxial. El cable de fibra óptica contiene una fibra simple de vidrio la que por razones de estabilidad está rodeada de varias cubiertas protectoras de modo tal que es casi tan gruesa como un cable coaxial. Estos cables son fáciles de tender. Durante al transmisión, las señales eléctricas son convertidas en señales luminosas. Esto significa que los factores usuales de interferencia tales como campos electromagnéticos no tienen influencia.

La mayoría de los cables de fibra óptica permiten velocidades de transmisión en el rango de Gigabits/s. Debido al método más complicado de conexión, este medio es el más caro. Por otro lado, desde que es relativamente nuevo, y aún en constante desarrollo, será en el futuro el que reemplace a los cables de cobre para transmisión de datos.

Cables de Fibra Óptica

Figura 1 – Medios físicos de transmisión

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