Tema: Comunicaciأ³n Ethernet con PLC ... basada en tramas de datos. El nombre viene del concepto fأ­sico

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    Tema: Comunicación Ethernet con PLC OMRON

    • Comunicar controladores industriales usando el bus Ethernet.

    • Configurar la comunicación Ethernet del autómata programable CP1H por medio del puerto USB.

    • Interconectar controladores industriales usando el bus Ethernet. • Programar los controladores con bus Ethernet para integrarse a la red de

    comunicación.

    • 2 Autómatas programables OMRON CP1H XA o X • 2 Módulos de comunicaciones Ethernet EIP – 21 instalados en los PLC • 3 Cables Ethernet planos • 1 Switch de conexión Ethernet • 1 Computadora con tarjeta de red y el programa CX-Programmer instalado • 1 Cable USB • 2 Cables de alimentación • 1 Fuente de 24 VDC • 4 Cables de conexión

    Introducción a la red Ethernet

    Pirámide de automatización o niveles de automatización. Cuando se habla de automatización, y para representar los distintos niveles de automatización que nos podemos encontrar en la industria, se recurre frecuentemente a la figura de la pirámide (Figura 1).

    Facultad: Ingeniería Escuela: Electrónica Asignatura: Redes de Comunicación Industrial Lugar de ejecución: Instrumentación y Control (Edificio 3, 2da planta)

    Objetivo General

    Objetivos Específicos

    Materiales y Equipos

    Introducción Teórica

    Redes de Comunicación Industrial. Guía 4

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    Figura 1. Pirámide de automatización.

    Cada uno de los niveles de la pirámide tiene asociado buses para la comunicación de la respectiva arquitectura de hardware (Figura 2).

    Figura 2. Buses utilizados en la pirámide de automatización.

    Red Ethernet.

    Ethernet es el nombre de una tecnología de redes de computadoras de área local (LANs) basada en tramas de datos. El nombre viene del concepto físico de ether.

    Ethernet define las características de cableado y señalización de nivel físico y los formatos de trama del nivel de enlace de datos del modelo OSI.

    Ethernet se refiere a las redes de área local y dispositivos bajo el estándar IEEE 802.3 que define el protocolo CSMA/CD, aunque actualmente se llama Ethernet a todas las redes

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    cableadas que usen el formato de trama descrito más adelante, aunque no tenga CSMA/CD como método de acceso al medio.

    Ethernet es popular porque permite un buen equilibrio entre velocidad (10/100/1000 Mb/s), costo y facilidad de instalación.

    CSMA/CD: carrier sense multiple access with collision detection.

    Una estación "escucha" la línea antes de trasmitir datos. Si ninguna otra estación lo está haciendo, entonces envía sus datos. Si la red está ocupada, espera. Si dos estaciones comienzan a trasmitir al mismo tiempo se produce una "colisión". En este caso ambas estaciones detectan la colisión y cesan el envío. Cada una de ellas espera un tiempo y vuelve a intentar. (Este retardo es de valor aleatorio para cada una, para minimizar la posibilidad de que nuevamente ambas estaciones colisionen y hace que la red no sea determinística). La topología de la red Ethernet es por definición una "cadena". Cada estación está ligada en "paralelo" al bus. Cada estación escucha los paquetes y si la dirección de destino es la propia (MAC address) lo recibe y procesa. Si no es para ella lo descarta. En la práctica actual es más corriente usar topologías físicas "estrellas", si bien a nivel lógico siguen siendo "en cadena".

    Trama Ethernet En la Figura 3 se muestra estructura de la trama Ethernet.

    Trama de Ethernet

    Preámbulo SOF Destino Origen Tipo Datos FCS

    7 bytes 1 byte 6 bytes 6 bytes 2 bytes 46 a 1500 bytes 4 bytes Figura 3. Estructura de la trama Ethernet.

    • Preámbulo Campo de 7 bytes (56 bits) que contiene una secuencia de bits usada para sincronizar y estabilizar el medio físico antes de iniciar la transmisión de datos. El patrón del preámbulo es: 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 10101010 Estos bits se transmiten en orden de izquierda a derecha y en la codificación Manchester representan una forma de onda periódica.

    • SOF (Start Of Frame) Inicio de Trama Campo de 1 byte (8 bits) que contiene un patrón de 1 y 0 alternados, y que termina con dos 1 consecutivos. El patrón del SOF es: 10101011. Indica que el siguiente bit será el bit más significativo del campo de dirección MAC de destino.

    • Dirección de destino Campo de 6 bytes (48 bits) que especifica la dirección MAC de tipo EUI-48 hacia la que se envía la trama. Esta dirección de destino puede ser de una estación, de un grupo multicast o la dirección de broadcast de la red. Cada estación examina este campo para determinar si debe aceptar el paquete.

    • Dirección de origen

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    Campo de 6 bytes (48 bits) que especifica la dirección MAC de tipo EUI-48 desde la que se envía la trama. La estación que deba aceptar el paquete conoce a través de este campo la dirección de la estación origen con la cual intercambiar datos.

    • Tipo Campo de 2 bytes (16 bits) que identifica el protocolo de red de alto nivel asociado con el paquete, o en su defecto la longitud del campo de datos. Es interpretado en la capa de enlace de datos.

    • Datos Campo de 46 a 1500 Bytes de longitud. Cada Byte contiene una secuencia arbitraria de valores. El campo de datos es la información recibida del nivel de red (la carga útil).

    • FCS (Frame Check Sequence - Secuencia de Verificación de Trama) . Campo de 32 bits (4 bytes) que contiene un valor de verificación CRC (control de redundancia cíclica). Este CRC se calcula por el emisor sobre todo el contenido de la trama, y se vuelve a calcular por el receptor para compararlo con el recibido y verificar la integridad de la trama.

    Elementos físicos de una red Ethernet.

    Los elementos físicos de una red Ethernet son las NIC, repetidores, concentradores, puentes, switches y routers.

    • NIC, o Tarjeta de Interfaz de Red - permite el acceso de una computadora u otro equipo (PLC) a una red local. Cada adaptador posee una dirección MAC (Media Access Control) que la identifica en la red y es única. Un equipo conectado a una red se denomina nodo.

    • Repetidor o repeater - aumenta el alcance de una conexión física, recibiendo las señales y retransmitiéndolas, para evitar su degradación a lo largo del medio de transmisión, lográndose un alcance mayor. Usualmente se usa para unir dos áreas locales de igual tecnología y sólo tiene dos puertos. Opera en la capa física del modelo OSI.

    • Concentrador o hub - funciona como un repetidor, pero permite la interconexión de múltiples nodos, su funcionamiento es relativamente simple, ya que recibe una trama de Ethernet y la repite por todos sus puertos. Es básicamente un repetidor eléctrico. Todos los dispositivos conectados a él comparten el mismo ancho de banda Todo lo que se transmite, llega a todos los elementos conectados al hub. Todos los dispositivos conectados comparten el mismo dominio de colisión. Introduce lentitud en las redes. Opera en la capa física del modelo OSI.

    Figura 4. Concentradores o hubs dentro de una red Ethernet.

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    • Puente o bridge - interconectan segmentos de red, haciendo el cambio de frames (tramas) entre las redes de acuerdo con una tabla de direcciones que dice en qué segmento está ubicada una dirección MAC. Solamente retransmite las tramas libres de errores, y los que pertenecen al segmento correspondiente.

    Figura 5. Puente o brige dentro de una red Ethernet.

    • Conmutador o Switch - funciona como el bridge, pero permite la interconexión de múltiples segmentos de red o de equipos, operan en velocidades más rápidas y es más sofisticado, pueden tener otras funcionalidades, como redes virtuales y permiten su configuración a través de la propia red. Su funcionamiento básico es en las capas física y de enlace de datos del modelo OSI, por lo cual son capaces de procesar información de las trama. Su funcionalidad más importante es gestionar las tablas de dirección. Por ejemplo, una computadora conectada al puerto 1 del conmutador envía una trama a otra computadora conectada al puerto 2, el switch recibe la trama y la transmite a todos sus puertos, excepto aquel por donde la recibió, la computadora 2 recibirá el mensaje y eventualmente lo responderá, generando tráfico en el sentido contrario, por lo cual ahora el switch conocerá las direcciones MAC de las computadoras en el puerto 1 y 2, y cuando reciba otra trama con dirección de destino a alguna de ellas, sólo transmitirá la trama a dicho puerto, lo cual disminuye el tráfico de la red y contribuye al buen funcionamiento de la misma. Los switches permiten interconectar una LAN de 100 Mbps con una LAN de 10 Mbps.

    Figura 6. Switch o conmutador dentro de una red Ethernet.

    • Router - Filtra el tráfico entre redes según un protocolo específico, no usa solamente las direcciones de los paquetes.

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    Mueve datos de manera efectiva entre los sistemas de las redes. Usa la información del protocolo de la capa 3. Divide las redes en subr