CapítuloII[1] redes2

5/9/2018 CapítuloII[1] redes2 - slidepdf.com

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CAPÍTULO II

BUSES DE SENSORES-ACTUADORES (SENSORBUS)

Entre los muchos buses de sensores y actuadores existentes en el mercado,

hemos elegido dos de los más difundidos para desarrollarlos en el presente

capítulo: AS-i y Seriplex.

2.1 BUS AS-i (ACTUATOR SENSOR-INTERFACE)

El considerable aumento de la complejidad de los sistemas de automatización

actuales, junto con el costo que supone el tiempo necesario para realizar el

cableado de las instalaciones y la dificultad de encontrar fallas en los mazos de

cables tradicionales, llevaron a un grupo de 10 fabricantes, entre ellos

empresas de la importancia de Festo KG y Siemens AG, a establecer un

estándar para la conexión de sensores y actuadores.



El objetivo fundamental fue el crear un sistema de comunicación único para

todos los fabricantes de sensores y actuadores. Pero este sistema debía ser de

fácil instalación, económico y que cumpliera con las normativas de seguridad.

De aquí surgió en 1990 la primera versión de las especificaciones de AS-

Interface o AS-i.

AS-interface o AS-i fue diseñado como una alternativa económica al cableado

tradicional. La idea original fue crear una red simple para sensores y

actuadores binarios, capaz de transmitir datos y alimentación a través delmismo bus, manteniendo una gran variedad de topologías que faciliten la

instalación de los sensores y actuadores en cualquier punto del proceso con el

menor esfuerzo posible. Desde entonces, el concepto AS-interface se ha

extendido considerablemente y las especificaciones iniciales se han revisado

para adaptar el bus a las nuevas circunstancias y necesidades del mercado.

Figura 2.1 Comparación entre cableado tradicional y AS-i

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En 1992 se creó la AS-International Associaton e.V., cuyas tareas

fundamentales son:

- Difusión del concepto AS-i.

- Informar a los usuarios y proporcionar soporte técnico sobre AS-i.

- Estandarización de las normas AS-i y revisión periódica de éstas.

- Certificación de los productos que se adapten a las normas de AS-Interface,

de forma que se garantice el correcto funcionamiento de éstos en cualquier red

AS-i independientemente del fabricante.

Actualmente, la lista de miembros de esta asociación cubre casi la totalidad de

fabricantes de sensores y actuadores, así como multitud de empresas

relacionadas con la automatización industrial..

AS-interface es un Bus de sensores y actuadores, estándar internacional

IEC62026-2 y europeo EN 50295 para el nivel de campo más bajo.

Las especificaciones de AS-i se encuentran actualmente en su versión 2.1

(aunque los estándares actualmente reflejan la versión 2.04). Éstas son de

carácter abierto, lo que significa que cualquier fabricante puede obtener una

copia de las mismas para elaborar sus productos.

Existen 12 organizaciones nacionales para AS-i: Bélgica, Alemania, Francia,

Gran Bretaña, Italia, Japón, Holanda, Suiza, Suecia, Estados Unidos, China y

República Checa

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2.1.1 Características de AS-i

AS-i se sitúa en la parte más baja de la pirámide de control (ver figura 1.1),

conectando los sensores y actuadores con el maestro del nivel de campo. Los

maestros pueden ser autómatas o PCs situados en los niveles bajos de control,

o pasarelas que comuniquen la red AS-Interface con otras redes de nivel

superior, como Profibus o DeviceNet.

AS-interface supone un ahorro considerable en la instalación, principalmente

en los tiempos requeridos para el cableado. La eliminación del mazo de cables

facilita la inspección de la instalación y el mantenimiento se facilita, ya que el

maestro detecta fallos en los esclavos y defectos de alimentación. También se

reduce el riesgo de incendio por la utilización de un único cable de

alimentación, y se ahorra espacio en los armarios por la eliminación de gran

cantidad de módulos de E/S y sus cables asociados.

Las características principales de AS-interface son:

- Ideal para la interconexión de sensores y actuadores binarios.

- A través del cable AS-i se transmiten datos y alimentación.

- Cableado sencillo y económico. Se puede emplear cualquier cable bifilar de

2x1.5 mm2 no trenzado ni apantallado.

- El cable amarillo, específico para AS-i, es autocicatrizante y está codificado

mecánicamente para evitar su polarización incorrecta.

- Gran flexibilidad de topologías, que facilita el cableado de la instalación.

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- Sistema monomaestro, con un protocolo de comunicación con los esclavos

muy sencillo.

- Ciclo del bus rápido. Máximo tiempo de ciclo 5 ms con direccionamiento

estándar y 10 ms con direccionamiento extendido.

- . Velocidad de transferencia de datos de 167 Kbits/s.

- Permite la conexión de sensores y actuadores No AS-i mediante módulos

activos.

- Hasta 124 sensores y 124 actuadores binarios con direccionamiento estándar.

- Hasta 248 sensores y 186 actuadores binarios con direccionamiento

extendido.

- Longitud máxima de cable de 100 m uniendo todos los tramos, o hasta 300 m

con repetidores.

- La versión 2.1 del estándar facilita la conexión de sensores y actuadores

analógicos.

- Transmisión por modulación de corriente que garantiza un alto grado de

seguridad e inmunidad al ruido.

- Detección de errores en la transmisión y supervisión del correctofuncionamiento de los esclavos por parte del maestro de la red.

- Cumple con los requerimientos IP-65/HIP-6 (ambientes exigentes) e IP-20

(aplicaciones en cuadro).

- Temperaturas de funcionamiento entre -25ºC y +85ºC.

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- Ahorro entre 15 y 30% del coste total (según un estudio de la Universidad de

Munich).

2.1.2 Componentes de una red AS-i

Los principales componentes de una red AS-i son los siguientes:

2.1.2.1 Cables

Como cable de red puede emplearse cualquier bifilar de 2 x 1.5 mm2 sin

apantallamiento ni trenzado, sin embargo, se recomienda utilizar el cable

amarillo AS-i por sus virtudes:

- Conectable por perforación de aislamiento.

- Codificación mecánica para evitar los cambios de polaridad, es decir, el perfil

del cable es asimétrico, lo que impide que sea conectado de forma inadecuada

a los restantes dispositivos de la red.

- Grado de protección IP65/67.

- Autocicatrizante, lo que permite la desconexión segura de los esclavos

manteniendo el grado de protección IP65/67.

- Existen módulos sin electrónica integrada que adaptan el cable AS-i a otros

tipos de cable normalizados, como el cable redondo con conector M12.

Figura 2.2 Perfil del cable amarillo AS-i con las cuchillas de penetración

Otros cables auxiliares utilizables en AS-i son:

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Cable negro: Se utiliza para proporcionar una alimentación auxiliar de 24 V DC

a los esclavos AS-i.

Cable rojo: Función similar al cable negro, pero para una alimentación auxiliar

de 220 V AC.

Cable amarillo resistente: Variante adaptada para resistir materiales y

ambientes hostiles, engrasantes, gasolina, etc. Este cable pierde la cualidad de

autocicatrización por ser de un material distinto al cable amarillo estándar.

Cable redondo: Es igual que el cable amarillo, pero no tiene su perfil

característico.

Cable redondo apantallado: Idéntico al anterior, pero los hilos están

recubiertos por una malla que añade inmunidad frente al ruido eléctrico.

Figura 2.3 Cable redondo AS-i con y sin apantallamiento

2.1.2.2 Fuentes de alimentación

Las fuentes de alimentación para el bus AS-i son específicas, ya que deben

proporcionar potencia a los esclavos conectados y realizar el acoplamiento de

los datos sobre la alimentación. Estas fuentes proporcionan tensiones entre

29.5 y 31.5 V DC y normalmente son resistentes a cortocircuitos y sobrecargas.

Cada segmento de la red requiere su propia fuente de alimentación y las

salidas de los módulos se alimentan mediante fuentes auxiliares 24 V DC a

través del cable negro.

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La potencia máxima que podrán consumir los esclavos de la red depende de la

fuente de alimentación que se escoja para el sistema. La ubicación ideal de la

fuente es junto al dispositivo o conjunto de dispositivos que mayor potencia

consuman.

Si se utiliza un módulo extensor, la fuente deberá conectarse en el extremo del

extensor no conectado al maestro, ya que es en ese tramo de la red donde se

conectarán los esclavos.

En la figura 2.4 puede observarse la fuente de alimentación 3RX9307-0AA00

de Siemens AG que proporciona un máximo de 2.4 A.

Figura 2.4 Fuente de alimentación AS-i de Siemens

2.1.2.3 Módulos AS-i

Existen dos tipos de módulos conectables a la red AS-interface:

1) Módulos activos

Son aquellos módulos que integran un chip AS-i, por lo que poseen una

dirección en la red (debe ser asignada con un direccionador o por el maestro).

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Al poseer una dirección, tendrán asignados 4 bits de entradas y 3 ó 4 bits de

salidas según se emplee direccionamiento extendido o estándar,

respectivamente. Estos módulos se emplean para conectar sensores y

actuadores no AS-i, es decir, sensores y actuadores binarios convencionales.

Figura 2.5 Módulo activo AS-i de 4 entradas

Figura 2.6 Módulo activo AS-i de 4 salidas

2) Módulos pasivos

Estos módulos no poseen electrónica integrada, es decir, sólo proporcionan

medios para cambiar el tipo de cable, por ejemplo de AS-i a M12, para realizar

bifurcaciones en la red en topologías arbóreas o como un medio de conexión

de sensores y actuadores AS-i con chip integrado. Estos módulos no poseen

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dirección de red, ya que son los dispositivos con electrónica AS-i integrada los

que la tienen.

Figura 2.7 Módulo pasivo distribuidor (splitter)

2.1.2.3.1 Partes de los módulos

Cada módulo se divide en dos partes:

Figura 2.8 Partes de un módulo AS-i

1) Módulo de acoplamiento

Proporciona una interfaz electromecánica con el cable AS-i. La parte inferior es

adecuada para su acoplamiento a un carril normalizado, mientras que la parte

superior posee las cuchillas de penetración para el cable AS-i.

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2) Módulo de usuario

Estos módulos son específicos según la aplicación para la que estén

destinados. Existen módulos de usuario que son simples recubrimientos del

cable para la realización de bifurcaciones, hasta otros que integran un chip AS-i

para la conexión de sensores y actuadores binarios. En este último caso, el

módulo de usuario también tiene LEDs de diagnóstico del estado de la red.

En el módulo de usuario se encuentran las conexiones de E/S, los indicadores

de funcionamiento de los sensores/actuadores, el indicador de funcionamiento

del módulo, etc. Ejemplos: módulo compacto de 4E/4S, módulo de 4E/4S

230VAC, módulos con soporte para 2 ó 4 derivaciones a motor, módulos

neumáticos 4E/4S, etc.

El procedimiento para montar los módulos AS-i es el siguiente:

- Colocar el carril DIN (35 mm) en el lugar donde se desea instalar el (los)

módulo(s). Este paso es opcional porque los módulos se pueden empernar

directamente en un panel.

- Colocar el módulo de acoplamiento sobre el perfil normalizado o sobre el

panel donde irá montado.

- Encajar el cable en la guía del módulo de acoplamiento. Si se emplease

alimentación auxiliar, colocar igualmente el cable negro o rojo sobre su guía.

- Situar el módulo de usuario y atornillarlo, lo que hará que las cuchillas

penetren en el cable AS-i.

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Si el montaje es correcto se asegura un grado de protección IP65 ó IP67 en

función de las características de los módulos.

2.1.2.4 Módulos de protección

Existen módulos de protección específicos contra sobretensiones y

derivaciones a tierra para la red AS-i.

1) Módulo de detección de defecto a tierra

Detecta defectos a tierra en el cable AS-i o en sensores y actuadores

conectados a dicho cable. Si detecta un defecto a tierra en cualquiera de los

dos conductores del cable AS-i, conmuta un relé interno que puede utilizarse

para eliminar la alimentación del cable y generar la alarma correspondiente; el

problema es memorizado en el módulo hasta que es reseteado. Para

resetearlo, es necesario pulsar sobre el botón de reset unos 2 segundos o

aplicar 24 V DC a la entrada reset del módulo. Este módulo toma energía de la

propia red y tiene la gran ventaja de que no necesita dirección AS-i, es decir,

no es un esclavo.

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Figura 2.9 Módulo de protección AS-i

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2) Módulo de protección contra sobretensiones

Independientemente de la procedencia de la sobretensión (descargas

atmosféricas, contactos con cables de potencia, sobretensiones en la red de

transporte, etc.), deriva ésta a tierra mediante un cable que debe conectarse al

módulo y a la tierra de la instalación.

Es muy importante esta protección, ya que las sobretensiones son causa de

roturas y daños importantes en las instalaciones.

2.1.2.4 Repetidores y extensores

Los repetidores y extensores se utilizan para prolongar la red AS-i más allá de

los 100 m que inicialmente se puede alcanzar, hasta un máximo de 300 m.

Cuando se utilizan topologías ramificadas, la longitud total de cable utilizado no

puede superar los 300 m (empleando dos repetidores o extensores).

Las características de cada uno de estos elementos son:

1) Repetidor:

- Pueden conectarse esclavos en ambos segmentos de la red.

- Cada segmento requiere una fuente de alimentación (si se van a conectar

esclavos en él, si no, es preferible utilizar un extensor).

- Proporciona separación galvánica entre los segmentos.

- Poseen indicación separada de tensión correcta en cada tramo.

2) Extensor:

- No se puede conectar ningún esclavo entre el maestro y el extensor.

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- En este tramo no se requiere fuente de alimentación.

- Se recomienda utilizar un extensor cuando los sensores y actuadores están

alejados del maestro de la red, aunque debe respetarse la distancia máxima de

300 m.

Figura 2.10 Extensor AS-i

Figura 2.11 Extensión de una red AS-i con extensor y repetidor

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Figura 2.12 Extensión de una red AS-i usando solo repetidores

2.1.2.5 Terminales de direccionamiento (direccionadores)

Los terminales de direccionamiento o direccionadores son dispositivos que

permiten asignar una dirección válida a los esclavos AS-i. Como se ha

mencionado anteriormente, las direcciones deben estar comprendidas entre 1 y

31, con el modificador A o B si se utiliza direccionamiento extendido.

A demás, los direccionadores pueden disponer de otras características:

- Test funcional para verificar la correcta operación de los esclavos.

- Diagnóstico para sensores digitales y/o analógicos.

- Detección completa de la configuración del sistema.

- Función de pasarela para PC.

- Función de memoria para la configuración y documentación del sistema

- Adaptador para la conexión directa de módulos de usuario, cable AS-i y

conectores M12 hembra.

Figura 2.13 Direccionadores AS-i

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2.1.2.6 Pasarelas

La red AS-i está ideada para la capa más baja de un sistema de

automatización, por lo que es necesario establecer los mecanismos y medios

necesarios para su comunicación con redes de nivel superior, como Profibus,

DeviceNet, Interbus, FIPIO, CAN, ModBus, etc.

Las pasarelas son maestros de la red gestionadas desde la red superior. El

maestro o los maestros de la red superior son los que se encargan de procesar

los datos leídos de los sensores de la red AS-i y enviar a los actuadores las

consignas a través de la pasarela.

Figura 2.14 Pasarelas para comunicar AS-i con redes de nivel superior

2.1.2.7 Maestros AS-i

As-i es una red monomaestro, es decir, sólo permite la existencia de un

maestro en la red. Esto posibilita que el protocolo de comunicación de la red

sea mucho más sencillo, simplificando la electrónica de red.

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Figura 2.15 Conexión de una pasarela

El maestro AS-i es el dispositivo que gestiona la red. Puede ser un autómata

programable, un módulo de comunicación específico que se conecte a un

autómata, una pasarela que se conecte a una red superior, o una PC.

Las principales funciones del Maestro As-i son:

- Almacenar las lista de esclavos conectados al bus.

- Almacena las imágenes de los datos de E/S de los esclavos del bus.

- Almacena las imágenes de los parámetros de los esclavos del bus.

Los Maestros AS-i pueden ser estándar o extendidos. En el primer caso, sólo

podrán direccionar 31 esclavos de tipo estándar. En el segundo caso, el

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maestro será capaz de direccionar hasta 62 esclavos extendidos, aunque por

supuesto también permite la conexión de esclavos estándar.

En función de las capacidades del maestro se distinguen los modelos M0, M1 y

M2 para los maestros estándar y M0e, M1e, M2e para los extendidos.

Algunos maestros AS-i pueden ser simultáneamente esclavos Profibus (o de

otra red de nivel superior), facilitando la tarea de comunicación entre niveles, ya

que hace las veces de pasarela sin la necesidad de realizar una configuración

adicional.

Ejemplos de maestros AS-i son los siguientes:

- Módulo AS-i para PLC. Por ejemplo: CP 242-2 y CP 242-8 para CPUs Simatic

S7-200, CP 242-2 para CPUS S7-300, etc.

- Maestro AS-i para PC. Por ejemplo CP 2413.

- Pasarela DP/AS-i. Por ejemplo Link 20 o Link 20 E.

2.1.2.8 Conexión de los componentes AS-i

Los esclavos AS-i pueden ser de cuatro tipos:

1) Sensores/actuadores convencionales: Se conectan al bus mediante

módulos de E/S.

2) Sensores/actuadores convencionales con capacidad de comunicación:

Se conectan directamente al bus AS-i mediante una interfaz dedicada (ver

figura 2.16).

3) Sensores/actuadores AS-i: Se conectan directamente al bus. Pueden

contener parámetros configurables desde el maestro (ver figura 2.17).

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Figura 2.16 Cilindros neumáticos con interfaz AS-i integrada

Figura 2.17 Actuadores AS-i

3) Esclavos analógicos: Son esclavos AS-i estándar y pueden encajar en uno

de los siguientes perfiles:

- Perfil 7.1/7.2: Necesitan partes especiales en el programa de usuario

(controlador, bloques de funciones) para realizar las transferencias de los datos

analógicos.

- Perfil 7.3/7.4: Operan con maestros AS-i extendidos, de forma que la

transferencia de datos se realiza automáticamente, no necesitando

controladores ni bloques de función en el programa de usuario.

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2.1.3 El chip AS-i

Tanto los módulos activos como los sensores y actuadores integrados en AS-i

poseen un chip que cumple con las especificaciones AS-Interface. Un circuito

como este recibe el nombre genérico de chip ASIC (Application Specific

Integrated Circuit) que significa “Circuito Integrado de Aplicación Específica”.

Figura 2.18 El chip AS-i

Las ventajas de estos chips son:

- Facilitan el diseño e implementación de sensores y actuadores AS-i por parte

de los fabricantes.

- Gestionan todo el proceso de comunicación con el maestro de la red.

- Incluyen una memoria no volátil para el almacenamiento de la dirección de

red (EEPROM).

- Son chips de bajo consumo, aptos para ser alimentados a través de la red

AS-i.

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- Su tamaño es reducido, para que puedan ser integrados en sensores y

actuadores.

Algunos de estos chips son el A2SI de AMI (American Microsystems Inc.) o el

integrado SAP4.1 producido por Siemens y Festo. Ambos cumplen las

especificaciones completas en su versión 2.1.

2.1.4 Funcionamiento de la red AS-i

AS-i es una red monomaestro que funciona mediante sondeo cíclico (polling),

es decir, hay un único maestro que direcciona uno a uno a los esclavos y

realiza la comunicación con ellos (ver figuras 2.19 y 2.20). El maestro de la red

puede establecer una comunicación no cíclica con algún esclavo para adaptar

su configuración o en la fase de arranque de la red.

Figura 2.19 Ejemplo de red AS-i

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Figura 2.20 Otro ejemplo de red AS-i

La red es de difusión unicast , por lo que en cada trama se ha de indicar la

dirección del esclavo con el que se establecerá la comunicación. El mensaje

del maestro incluye los datos o la función que envía al esclavo y es devuelto

por éste con los datos solicitados por el maestro.

AS-interface emplea un método de transmisión basado en modulación de

corriente, lo que permite un alto grado de seguridad e inmunidad frente al ruido.

Otros aspectos que añaden seguridad a la red AS-i son:

- El maestro supervisa la tensión en la línea.

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- El maestro supervisa la transmisión de datos a través de la red.

- El protocolo de comunicación incluye un bit de paridad para la detección de

errores.

- El maestro de la red detecta fallos en los esclavos.

- La incorporación de nuevos esclavos a la red no perturba su funcionamiento.

Figura 2.21 Conexión de un maestro CP-242 a una red AS-i

2.1.4.1 Direccionamiento de esclavos

Los esclavos de AS-interface deben tener asignada una dirección. Inicialmente

traen almacenada de fábrica la dirección 0. Esta dirección provoca que el

esclavo no sea direccionado por el maestro de la red. La dirección se asigna

mediante un terminal de direccionamiento o a través del maestro de la red.

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La dirección ha de ser única, y debe estar comprendida entre 1 y 31. Si se

utiliza el método de direccionamiento extendido, se ha de incluir en la dirección

el modificador A o B, de manera que habrá 31 esclavos tipo A y 31 esclavos

tipo B.

El esclavo almacenará su dirección en una memoria no volátil (EEPROM), de

forma que un fallo en la alimentación no provoque su pérdida y el consiguiente

problema de funcionamiento que conllevaría.

Cada dirección AS-i tiene asignado un byte de datos, de forma que pueden

conectarse 4 dispositivos de entrada binarios y 4 de salida por esclavo.

Si se utiliza direccionamiento extendido, uno de los bits de salida se utilizan

para extender la dirección, por lo que se pueden conectar 4 dispositivos de

entrada binarios y 3 de salida por esclavo.

2.1.5 Topologías en redes AS-i

Debido al principio de funcionamiento empleado no hay limitaciones en cuanto

a topología. Los esclavos pueden conectarse en bus, estrella, anillo y árbol.

La libertad de topologías permite que cada esclavo se conecte en el punto más

cercano a la red, o en el más accesible, facilitando considerablemente la tarea

del cableado e instalación de los sensores y actuadores. No tiene porqué

escogerse una única topología, ya que pueden mezclarse en una misma red

AS-i.

Para realizar bifurcaciones y ramificaciones se deben emplear módulos

pasivos, ya que estos permiten mantener el grado de protección y seguridad de

la red.

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Figura 2.22 Topologías permitidas en AS-i

2.1.6 Comunicaciones en una red AS-i

Como ya se indicó con anterioridad, AS-i utiliza un principio de comunicación

polling maestro-esclavo monomaestro.

Figura 2.23 Esquema de comunicación AS-i

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Las tramas de comunicación son de tamaño constante y dimensión reducida. A

continuación podemos ver los datagramas del maestro y el esclavo:

Figura 2.24 Datagramas AS-i

Estos datagramas tienen la siguientes estructura:

- ST: Bit de inicio (siempre 0)

- SB: Bit de control (0: petición de datos, 1: función M1)

- A4 ... A0: Dirección del Esclavo.

- I4: Bit de información (0: petición de datos, 1: petición de parámetros)

- I3 ... I0: Bits de datos

- PB: Bit de paridad

- EB: Bit de parada (siempre 1)

Existen intercambios de datos no cíclicos gestionados por el maestro, por

ejemplo para tener en cuenta cambios de configuración o la fase de arranque

del bus.

2.1.6.1 Fases operativas

Podemos distinguir tres fases operativas en las comunicaciones AS-i:

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Figura 2.25 Fases de comunicación en una red AS-i

1) Inicialización (off-line)

La inicialización (denominada también fase ”off line”) establece el estado básico

del maestro.

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La inicialización tiene lugar tras la conexión de la tensión de alimentación o en

caso de reinicio durante el funcionamiento. Durante la inicialización se ponen al

valor ”0” (inactivo) los representadores de todas las entradas de esclavos y los

datos de salida desde el punto de vista de la aplicación.

Tras la conexión de la tensión de alimentación se copian los parámetros

configurados al campo de parámetros, de manera que la siguiente activación

se pueda efectuar con los parámetros preajustados. Si el maestro AS-i se

reinicia durante su funcionamiento, se conservan los datos del campo deparámetros, que eventualmente habrán cambiado entre tanto.

2) Arranque

- Identificación: Durante el arranque o después de un reset, el maestro AS-i

pasa por una fase de arranque en la que se reconoce qué esclavos AS-i están

conectados al cable AS-i y de qué ”clase” son estos esclavos. La “clase” de los

esclavos está fijada por los datos de configuración, que se graban en forma

indeleble en el esclavo AS-i durante su fabricación y que pueden ser

consultados por el maestro. Los archivos de configuración contienen la

ocupación de E/S de un esclavo AS-i y el tipo del esclavo (ID-Codes).

Los esclavos identificados son inscritos por el maestro en la lista de esclavos

identificados (LDS).

- Activación: Tras la identificación de los esclavos AS-i se activan los mismos,

para lo cual el maestro les envía una llamada especial. En la activación de los

distintos esclavos se distinguen dos modos del maestro AS-i:

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– Maestro en el modo de configuración: Se activan todos los esclavos

identificados (a excepción del esclavo con la dirección ”0”).

– Maestro en el modo protegido: Sólo se activan los esclavos que se

ajustan a la configuración nominal (”proyectada”) almacenada en el maestro

AS-i. Si la configuración real encontrada en el cable AS-i difiere de esta

configuración nominal, esto es indicado por el maestro AS-i.

El maestro inscribe los esclavos AS-i activados en la lista de esclavos

activados (LAS).

3) Modo Normal

Una vez terminada la fase de arranque, el maestro AS-i conmuta al modo

normal. En este modo tienen lugar las siguientes fases en forma cíclica:

– Fase de intercambio de datos: En el modo normal, el maestro envía

cíclicamente datos (datos de salida o S) a los distintos esclavos AS-i y recibe

sus telegramas de confirmación (datos de entrada o E). Si se detecta un error

durante la transmisión, el maestro repite la llamada correspondiente.

– Fase de gestión: En esta fase se procesan y envían eventuales peticiones

de la aplicación de control supervisora. Peticiones posibles son por ejemplo:

Transmisión de parámetros: Se transmiten a un esclavo cuatro bits de

parámetros (tres bits de parámetros en caso de esclavos AS-i con espacio de

direcciones extendido), utilizables por ejemplo para un ajuste de valor

umbral.

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Modificación de direcciones de esclavos: Esta función permite modificar

direcciones de esclavos AS-i desde el maestro, si las funciones

correspondientes son soportadas por el esclavo AS-i.

– Fase de registro: En la fase de registro se incluyen en la lista de esclavos

AS-i identificados a los nuevos esclavos AS-i agregados. Si el maestro se

encuentra en la fase de configuración, se activan también estos esclavos (a

excepción del esclavo con la dirección “0”). Si el maestro se encuentra en el

modo protegido, sólo se activan los esclavos que se ajustan a la configuraciónnominal almacenada (”proyectada”) en el maestro AS-i. Con este mecanismo

se registran también de nuevo esclavos que hayan fallado temporalmente.

2.2 BUS SERIPLEX

SERIPLEX es un bus de sensores y actuadores desarrollado por Automated

Process Control Inc. (APC) en Jackson, Mississippi, EEUU. La primera patente

fue obtenida en 1987. La tecnología de bus de control SERIPLEX es abierta y

está disponible a cualquier fabricante de equipos de control.

2.2.1 Descripción del sistema SERIPLEX

El bus de control SERIPLEX es una tecnología de red inteligente,

determinística, multiplexada en serie, que ofrece un sistema de E/S distribuido

rápido y sencillo para intercambiar datos entre diversos elementos en procesos

de control o fabricación en modo maestro-esclavo o uno a uno (peer-to-peer).

Dentro de cada dispositivo del bus de control SERIPLEX hay un circuito

integrado de aplicación específica (ASIC o chip SERIPLEX) que permite la

comunicación entre el bus de control SERIPLEX y los componentes de E/S.

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Los dispositivos SERIPLEX están conectados entre sí por un cable blindado

único de cinco conductores.

Figura 2.26 Configuración general de una red SERIPLEX

Los dispositivos SERIPLEX pueden controlar fotoconmutadores, sensores de

proximidad, botones pulsadores y actuadores tales como válvulas y

contactores. Un dispositivo SERIPLEX recibe sus comandos de controladores

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tales como PLCs y computadoras personales. Los módulos de E/S discretos

universales conectan el bus de control con dispositivos que no son SERIPLEX.

El chip SERIPLEX también puede estar instalado dentro de los dispositivos o

maquinaria de E/S para la conexión directa con el bus de control SERIPLEX.

SERIPLEX ha sido diseñado para complementar más que competir con

sistemas de campo tipo bus de nivel más alto que son más adecuados para

transmitir paquetes de datos de información de gran tamaño. El protocolo

SERIPLEX reside principalmente en el nivel físico del dispositivo, y se encargade proporcionar actualizaciones de E/S en tiempo real, determinantes y críticas

para el proceso y necesarias para la mayoría de los sistemas de control, y deja

a cargo de otras redes la comunicación más lenta de nivel superior.

El bus SERIPLEX tiene varios millones de puntos de E/S en miles de

instalaciones industriales. Los usuarios de SERIPLEX se encuentran

distribuidos en un amplio rango de actividades industriales que incluyen la

fabricación y ensamblaje automotriz, el entretenimiento, la fabricación de

semiconductores, la manipulación de materiales y el procesamiento de papel.

Por ser una arquitectura abierta, este bus de control de bajo nivel es soportado

por muchas compañías que manufacturan productos que contienen el chip

SERIPLEX o que soportan instalaciones SERIPLEX mediante software,

interfaces para PCs y PLCs, cables, conectores y otros productos relacionados.

2.2.2 Características de SERIPLEX

Las características principales que distinguen a este bus son las siguientes:

- Cubre distancias de hasta 5000 pies (más de 1500 metros).

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- Simplicidad. Es fácil de entender y de instalación rápida.

- Alta velocidad. 0,72 ms para barrer 31 sensores y 31 actuadores. 5,2 ms para

510 dispositivos de E/S.

- Determinismo. La temporización de los datos es exacta y repetible.

- Economía. Se calcula un ahorro total de entre 30% y 70% de los costos de

instalación.

- Interoperabilidad garantizada; el protocolo es transparente para el usuario.

- Gran capacidad. Puede acomodar 255 entradas y 255 salidas en modo no

multiplexado. Multiplexado puede alcanzar hasta 7680 puntos discretos o 480

análogos, o cualquier combinación de ambos.

- Versatilidad. Fue diseñado para manejar entradas y salidas digitales y

analógicas.

- Compatibilidad. Puede operar con cerca de una docena de paquetes software

diferentes.

- Flexibilidad. Se puede usar con una PC o con un PLC o como sistema

independiente.

- Fácil de modificar. Se pude añadir, cambiar o retirar componentes fácilmentesin reconfigurar el sistema.

- Topologías múltiples. Se puede utilizar configuración en estrella, anillo, árbol,

bus con ramificaciones, cadena de margaritas, etc.)

34



2.2.2 Descripción del bus SERIPLEX

El cable del bus SERIPLEX transporta las siguientes señales eléctricas a cada

dispositivo de E/S o fuente de reloj.

Figura 2.27 Cable SERIPLEX

2.2.2.1 Alimentación

El conductor rojo del cable SERIPLEX transporta alimentación a todos los

componentes del bus SERIPLEX (generalmente no alimenta los dispositivos de

E/S). Como el bus no está aislado no puede extraer energía de la computadora

o del equipo controlado. Será necesario utilizar una o más fuentes de

alimentación externas. El bus SERIPLEX no funcionará sin una fuente de

alimentación externa. La cantidad y ubicación de las fuentes de alimentación

dependerán de la cantidad de caída de tensión en longitudes de cable,

cantidad de E/S, tipo y requisitos de distribución de alimentación.

2.2.2.2 Común

El conductor común o negro del cable del bus SERIPLEX es el trayecto de

retorno de la alimentación así como de las señales de reloj y de datos. Es

importante asegurarse de que el conductor negro sea un conductor continuo

por todo el bus.

35



2.2.2.3 Blindaje (shield drain)

El encargado de la instalación deberá conectar a tierra el blindaje del cable

SERIPLEX para proteger las señales contra el ruido eléctrico. El blindaje sólo

suele requerir una toma a tierra.

2.2.2.4 Reloj

El conductor azul (o verde) en el cable SERIPLEX transporta la señal del reloj.

Esta señal sincroniza todos los componentes del sistema SERIPLEX. La fuente

de reloj puede ser un módulo de reloj u otro dispositivo de control central. En el

sistema de control del bus SERIPLEX sólo puede haber una fuente de reloj.

Cada dispositivo de E/S está programado con una dirección de 3 dígitos

numerada del 001 al 255. La dirección cero está reservada. Cada módulo

cuenta los impulsos de la línea de reloj hasta que el número llegue al de su

dirección.

Cuando esto ocurre, cada módulo lee la línea de datos o escribe en ella

(dependiendo de su función o programación). Al final de la trama de bus, el

controlador mantiene la línea de reloj alta (12 VDC) durante 8 ciclos si la

frecuencia de reloj es inferior a 100 kHz, o durante 16 ciclos si es superior a

100 kHz. A esto se le llama período de sincronización. Cuando un módulo

detecta un período de sincronización, el contador de direcciones se pone en

ceros para prepararse para la trama siguiente.

La figura 2.28 ilustra un ciclo típico, en el que se ve finalizar un flujo de

impulsos y se inicia un período de sincronización antes de que comience otro

flujo de impulsos. Si el dispositivo de E/S no detecta ninguna actividad en la

36



línea del reloj durante un período de 150 ms, su algoritmo de detección de

fallas de bus desactiva todas las salidas del lado de campo.

Figura 2.28 Señales de reloj y datos SERIPLEX

2.2.2.5 Datos

El conductor blanco del cable SERIPLEX transporta la señal de datos. La

tarjeta de interfaz o el módulo de reloj normalmente mantienen una tensión de

+12 VDC. Esto se considera desactivado. Una fuente de corriente suministra

30 mA a la línea de datos. Cualquier módulo, o la misma tarjeta de fuente de

reloj, puede establecer el nivel en común para activar la línea de datos (bajo).

Esto acerca a 0 volts el nivel de la tensión de línea de los datos. Circularán 30

mA de corriente. Durante el período de sincronización al final de cada trama, la

fuente de reloj prueba la línea de datos una vez para asegurarse de que

funciona correctamente. (Esta es una prueba que sirve para asegurarse de que

en la línea no haya un cortocircuito alto o bajo ni un circuito abierto.) La señal

de prueba se llama impulso de detección de fallas del bus (Bus Fault Detection,

BFD) (ver figura 2.28).

37



EL cable SERIPLEX tiene un diseño especial, pero lo fabrican diferentes

compañías. El diseño básico consiste de dos alambres de comunicación

AWG#22 para las señales de datos y reloj. Los alambres para alimentación y el

común son AWG#16. El cable tiene blindaje completo con alambre de drenaje y

está cubierto en todo su recorrido por un apantallamiento que lo protege de las

perturbaciones electromagnéticas.

Asimismo, el cable debe tener la menor capacitancia para alcanzar máxima

distancia y velocidad. Con un cable estándar de 16 pF por pie(aproximadamente 52 pF/m), la máxima distancia que se puede cubrir a una

frecuencia de reloj de 100 kHz es de alrededor de 150 m. La máxima distancia

posible con el mismo cable a 16 kHz es de cerca de 1500 m. Un cable de 20 pF

por pie (unos 66 pF/m) limita la comunicación a más o menos 100 m a 100 kHz,

y a algo menos de 1200 m a 16 kHz.

Figura 2.29 Switch de proximidad con chip SERIPLEX incorporado

2.2.3 Topologías

El bus SERIPLEX se puede configurar en anillo, estrella, bus con derivaciones,

cadena de margaritas, árbol, bucle o en cualquier combinación de las

mencionadas.

38



Figura 2.30 Algunas topologías soportadas por SERIPLEX

Figura 2.31 Red SERIPLEX con diversas topologías

39



2.2.3 Funcionamiento del bus SERIPLEX

El bus de control SERIPLEX puede funcionar de dos maneras distintas según

la aplicación: modo uno a uno o maestro/esclavo.

2.2.3.1 Operación uno a uno (Modo 1)

Una configuración uno a uno o independiente (figura 2.32) es la configuración

más sencilla de red de los componentes SERIPLEX y está compuesta por un

módulo de reloj, una fuente de alimentación, dispositivos de E/S y el cable de

bus.

Figura 2.32 Configuración típica uno a uno (módulo a módulo)

Los dispositivos de E/S durante la operación uno a uno se comunican

directamente mediante un cable de bus sin ningún control central. La señal de

reloj proporciona 255 direcciones o impulsos por trama de datos antes de

restablecer el bus e iniciar una trama nueva. Cada dispositivo de E/S cuenta los

impulsos hasta que el número de impulsos sea igual a su dirección. Cuando

llega a su dirección designada, un módulo de entrada coloca sus datos en el

40



bus. A mitad de su período de direccionamiento, los dispositivos de salida con

la misma dirección toman una muestra de los datos del bus. En ese instante,

los datos han pasado por el dispositivo de entrada hasta llegar al dispositivo de

salida. Sólo los dispositivos que tienen la misma dirección se pueden

comunicar entre sí, es decir, las entradas tienen un efecto directo sobre las

salidas con la misma dirección numérica.

Cuando todos los pulsos de direccionamiento han terminado (en total 256), se

vuelve a producir la señal de sincronismo y la operación se repite. Para notener que explorar todas las direcciones en caso de tener un menor número de

dispositivos instalados, se puede configurar el tamaño de la trama, que es el

número de direcciones a explorar en el bus. El tamaño de la trama se configura

en múltiplos de 16 (16, 32, 48, etc.).

La figura 2.33 muestra el momento de transferencia de entrada a salida en la

dirección 3.

Figura 2.33 Diagrama de tiempo del proceso uno a uno

Se puede asignar a los dispositivos varias direcciones de señal consecutivas

para formar un valor de señal de múltiples bits. Por ejemplo, a un dispositivo de

entrada analógica, como un medidor de flujo, se le asignarán 16 bits

41



consecutivos. Estos bits representarían entonces un número binario de 16 bits

que otros dispositivos podrían leer y usar.

El tiempo de respuesta del bus desde la ocurrencia de un evento de entrada

hasta el cambio de estado de una salida para un sistema uno a uno se puede

estimar con la fórmula:

( )× − +2 Tamaño de trama + 8 Dirección 0.5Tiempo en segundos=

Frecuencia de reloj

2.2.3.2 Operación maestro-esclavo (Modo 2)

Una configuración maestro/esclavo básica incluye una CPU central, una tarjeta

de interfaz o una interfaz de entrada para proporcionar una fuente de señal de

comunicación; una fuente de alimentación; y varios bloques de E/S o

dispositivos de E/S con circuitos integrados (ASIC) SERIPLEX instalados en

ellos (figura 2.34).

Figura 2.34 Configuración típica maestro-esclavo

42



En el modo maestro/esclavo, la tarjeta de interfaz emite dos impulsos de reloj

por dirección en la línea de reloj en vez de uno como se hace en el modo uno a

uno (figura 2.35).

Figura 2.35 Diagrama de tiempo del proceso maestro-esclavo

Durante el primer impulso de reloj por dirección, los datos de entrada son

transmitidos a la interfaz y ésta envía información al sistema central, por

ejemplo una computadora o un PLC. Durante el segundo impulso de reloj, el

sistema central transmite datos de salida a los dispositivos remotos. Esto

separa lógicamente las señales de entrada de las señales de salida en el

mismo período de tiempo o dirección, y permite que el sistema central tome las

decisiones de control necesarias y controle con exclusividad el estado de todas

las señales de salida del bus.

El número máximo de bits de señal que puede ser transmitido dentro de una

sola trama de datos es 255 en el modo uno a uno y 510 en el modo

maestro/esclavo (la dirección 0 no se usa). Sin embargo, el modo uno a uno

acepta 510 dispositivos de E/S, ya que cada impulso actúa como una señal de

entrada y de salida.

43



Las frecuencias de reloj disponibles en este modo van de 16 kHz hasta 100

kHz en las interfaces y módulos de reloj versión 1. La versión 2 cubre

frecuencias de 10 kHz hasta 200 kHz.

Si se exploran las 256 direcciones disponibles en un sistema maestro-esclavo a

una frecuencia de reloj de 100 kHz, el tiempo de exploración del bus (scan

time) es de 5,2 ms y el tiempo de respuesta para explorar todas las entradas y

fijar nuevo valor para todas las salidas es de alrededor de 16,2 ms.

Si se necesita respuesta más rápida, se puede configurar la tarjeta de interfaz o

el módulo de reloj para explorar menos direcciones, es decir, fijar el tamaño de

la trama. Esta selección se hace en múltiplos de 16 (16, 32, 48, etc.).

La respuesta en tiempo del bus para una configuración maestro-esclavo se

puede calcular con las fórmulas:

Respuesta de entrada (entrada a procesador) en segundos:

×2 Tamaño de trama + 4

Frecuencia de reloj

Respuesta de salida (procesador a salida) en segundos:

× ×4 Tamaño de trama - 2 Dirección de salida + 48

Frecuencia de reloj

2.2.3.3 Multiplexión de direcciones

Cada entrada o salida discreta usa una dirección. Cada módulo analógico de 8

bits, 12 bits y 16 bits requiere 8, 12 y 16 direcciones consecutivas,

respectivamente. Todas las direcciones que existen en un solo bus pueden

44



ocuparse rápidamente cuando hay varios dispositivos analógicos de 8, 12 y 16

bits. La multiplexión de direcciones soluciona este problema.

La multiplexión de direcciones aumenta la capacidad de la red para designar un

número de canal además de la dirección de dispositivo normal. Las direcciones

de una a la cuatro sirven como indicadores de “canales” binarios. Cada canal

múltiplex es explorado en orden ascendente (del 0 al 15) hasta un máximo de

240 señales de entradas analógicas de 16 bits y 240 señales de salidas

analógicas (o 3840 señales de entradas discretas y 3840 señales de salidasdiscretas, o algún tipo de combinación de las dos) mediante un solo cable del

bus SERIPLEX.

Cada dispositivo supervisa la indicación de canal múltiplex para decidir si envía

o recibe sus señales dentro de una trama de datos en particular. Los

dispositivos asignados a los canales explorados se comunican con el bus

normalmente, mientras que otros dispositivos no se comunican con el bus

hasta que sus canales asignados hayan sido explorados.

La multiplexión de direcciones se realiza en bloques de datos, que consisten en

16 direcciones consecutivas del bus SERIPLEX. La multiplexión se puede

seleccionar de manera independiente para cada bloque de datos que comienza

en un límite de direcciones de 16 bits (direcciones 16-31, 32-47, 48-63, etc.).

También se puede seleccionar la multiplexión de manera independiente para

bloques de entrada o de salida en la misma dirección de bus.

45



El tiempo de actualización de la señal SERIPLEX depende de la longitud de la

trama de datos (direcciones de 16 a 255), la frecuencia de reloj del bus (de 10

a 200 kHz) y la cantidad de canales múltiplex explorados (de 0 a 15).

La figura 2.36 ilustra como se realiza la multiplexión de direcciones. La

dirección 0 no se utiliza para transmitir datos. El valor binario de los siguientes

cuatro bits (1, 2, 3 y 4) determina el canal múltiplex que será explorado en esa

trama en particular. Solo los dispositivos asignados a ese canal múltiplex se

comunicarán con el bus en esa trama. Asimismo, puede haber dispositivos nomultiplexados en el bus, los cuales se comunican en cada trama, al margen del

canal que está siendo explorado.

Figura 2.36 Multiplexión de direcciones

SERIPLEX permite fijar el número de canales mútliplex en 2, 4, 8 o 16 para

cada tarjeta de interfaz. Este esquema permite tener hasta 16 canales 15

bloques cada uno, lo que hace un total posible de:

16 × 15 × 2 = 480 señales de E/S analógicas

16 × 15 × 16 × 2 = 7680 señales de E/S digitales

como ya se había mencionado antes.

También es posible seleccionar uno de los canales múltiplex como canal

prioritario. Esto fuerza al sistema a explorar dicho canal cada dos tramas.

46



Por otro lado, debe tenerse en cuenta que el tamaño del bus está limitado por

la potencia que puede manejar, la misma que está directamente relacionada

con el tamaño de los conductores, la longitud del bus y la fuente de

alimentación utilizada.

Nótese que con la forma de operación de SERIPLEX, debe hacerse referencia

al número de direcciones disponibles antes que al número de E/S que se

pueden instalar en la red. Esto debido a que más de un dispositivo de E/S se

puede instalar y configurar en una misma dirección si la acción de E/S serequiere en varios puntos de la instalación. Por ejemplo, si se usan varias luces

en diferentes ubicaciones para indicar la misma situación, a todas ellas se les

puede asignar la misma dirección de modo que se activen con la misma señal.

Si se necesitan más señales de E/S de la que una tarjeta de interfaz puede

proporcionar, una posible solución es la de añadir más tarjetas de interfaz. Se

pueden instalar varias tarjetas a la vez, las únicas restricciones son la memoria

del CPU anfitrión y el número de slots de expansión disponibles en él.

2.2.3.4 Detección de fallas de bus y de dispositivo

Una falla en el cable o en cualquier dispositivo puede causar un efecto negativo

en todo el sistema. Por lo tanto, es esencial en una red de sensores y

actuadores contar con capacidad de diagnóstico efectivo de manera que se

pueda identificar y corregir problemas rápida y oportunamente.

Con este propósito, la red SERIPLEX proporciona varios métodos para detectar

y aislar problemas en el cable y en los dispositivos. Entre ellos tenemos:

47



- Las tarjetas de interfaz monitorizan continuamente el cable del bus y reportan

condiciones de falla como cortocircuitos entre los cuatro conductores, o exceso

de capacitancia en el cable.

- Cada dispositivo de E/S en el bus verifica la integridad del bus al final de cada

trama monitorizando el pulso de detección de fallas (Bus Fault Detection o

FBD) transmitido por la tarjeta de interfaz o por el módulo de reloj (ver figura

2.37). Si no se detecta adecuadamente este pulso, significa que puede haber

problemas en la alimentación o en las señales de datos o reloj y el dispositivorechaza los datos de salida de la última trama poniendo inmediatamente sus

salidas a su estado por defecto.

Figura 2.37 Pulso de detección de fallas

- Cualquier dispositivo de E/S de puede utilizar para detectar condiciones de

circuito abierto en el bus, configurándolo para reportar una señal en cualquier

dirección de entrada no usada. Estos dispositivos se ubican en diferentes

lugares a lo largo del cable.

2.2.4 El chip SERIPLEX

Hay dos versiones del ASIC SERIPLEX. Ambas cumplen funciones similares y

la segunda generación es compatible con la primera, pudiendo residir ambos

48



tipos en el mismo sistema si la alimentación es +12 VDC. La segunda

generación puede funcionar también a +24 VDC.

Los chips de ambas versiones se programan de diferente manera. La primera

generación requiere un puerto de programación en el bloque o dispositivo de

E/S en el que está incorporado. La segunda generación se programa

conectando el programador al bus de cuatro conductores.

Los chips SERIPLEX se programan generalmente con una herramienta de

configuración de tipo Hand Held para ingresar las direcciones, las funciones

lógicas y el modo de operación. Las direcciones se ingresan como números

enteros.

Cada chip tiene asociadas dos entradas físicas (A y B) y tres salidas físicas (A,

B y C) dos de las cuales (B y C) están mutiplexadas en una misma línea. La

lógica se programa configurando cada entrada y cada salida a su estado

normalmente invertido o no-invertido. Por este motivo los módulos de E/S

digitales universales del bus de control SERIPLEX ofrecen dos entradas (A y

B), dos salidas (A y B) y una tercera salida (C) que suministran un resultado

lógico a partir de las dos salidas (A y B). Con la ayuda de estas características,

es posible implementar lógica de control sin necesidad de una computadora

central.

La salida C está disponible como función lógica de las salidas A y B. A

diferencia de las salidas A y B, la salida C no es directamente direccionable

desde el bus. La selección entre B y C (que comparten bornes) se hace

mediante un jumper ubicado en el bloque de E/S.

49



En los chips de segunda generación se pueden programar funciones

adicionales. Una de estas mejoras, el “rebote digital”, permite muestrear un

dato una, dos o tres veces en exploraciones consecutivas del bus. Un dato de

entrada debe ser idéntico en un número de exploraciones igual al fijado antes

de ser transferido a las salidas físicas.

Ambas versiones del chip pueden operar en los modos maestro-esclavo y uno

a uno.

La figura 2.38 muestra como funciona el ASIC SERIPLEX en modo maestro-

esclavo. Los datos son pasados de las entradas a la línea de datos y

entregados al programa de aplicación del maestro, de modo que se procesen

de acuerdo a la lógica de dicho programa. El resultado de esta lógica se

transmite por el bus para activar o desactivar los dispositivos de salida

apropiadamente.

Figura 2.38 Diagrama en bloques del chip SERIPLEX en modo maestro-esclavo

En modo maestro-esclavo el estado de las entradas en diferentes direcciones

determina el accionamiento de salidas en otras direcciones en función a la

lógica del programa de aplicación. A pesar de que las entradas y salidas

reciben la misma dirección numérica, no hay relación lógica directa entre las

50



entradas y salidas de un mismo chip SERIPLEX. Es la lógica del programa la

que controla esta relación.

El chip se comporta de manera muy diferente en el modo uno a uno. En el

modo 1 las entradas de una dirección en particular tienen un efecto directo

sobre todas las salidas con la misma dirección numérica. En la figura 2.39, las

líneas sólidas que van de la entrada a la salida representan este efecto lógico

entre entradas y salidas que tienen la misma dirección.

Figura 2.39 Diagrama en bloques del chip SERIPLEX en modo uno a uno

Las entradas A y B, y las salidas A, B y C se pueden programar para ser

invertidas o no-invertidas en su estado inactivo. Cada una se programa

individualmente. Esto proporciona un total de 32 combinaciones booleanas

lógicas.

Las entradas y salidas con la misma dirección no tienen que estar

necesariamente en la misma ubicación, y en realidad, raras veces lo están. La

salida puede estar en un dispositivo a decenas de metros de distancia de la

entrada.

Las líneas interrumpidas con flechas de la figura 2.39 representan el estado de

las entradas y salidas en cada dirección reflejadas en la línea de datos. Esto es

51



útil cuando se utiliza el modo uno a uno con una tarjeta de interfaz instalada en

una CPU. En este caso la CPU monitoriza el estado de cada punto de E/S

mientras que la lógica se ejecuta a nivel de E/S.

El ASIC SERIPLEX, presente en todos los dispositivos SERIPLEX, proporciona

la comunicación básica y las funciones de control lógico. Sin embargo, algunos

dispositivos, como por ejemplo los módulos de E/S analógicas, no pueden usar

el ASIC como una función lógica. Por lo tanto, sólo los módulos de E/S

discretas hacen uso de la lógica ASIC.

Figura 2.40 Funciones lógicas del ASIC SERIPLEX

El diagrama que está dentro de la caja punteada en la figura 2.40 muestra las

funciones lógicas del ASIC. Cada interruptor de la caja representa un estado

que se puede programar. Como se puede ver, el ASIC permite invertir o no las

entradas o salidas. El ASIC también proporciona la función de puerta lógica de

dos entradas, con la posibilidad de invertir cualquiera de las entradas y salidas

52



de la puerta. Estas inversiones permiten que el usuario implemente varias

combinaciones lógicas.

2.2.5 Soporte lógico en el bus

La amplitud de las señales de reloj del bus SERIPLEX y de datos es 12 VDC

nominal, mientras que la alimentación del bus puede ser de 12 ó 24 VDC

nominal. La señal de datos es verdadera baja, lo cual significa que un nivel

lógico bajo corresponde a un valor de 1, con el alto correspondiendo a 0. En su

estado de reposo, la fuente de la señal de reloj sube la línea de datos a alto

(esta fuente puede ser un módulo de reloj o una tarjeta de interfaz central). Los

dispositivos imponen sus señales de entrada de la siguiente forma: a) bajando

la línea de datos durante el impulso de reloj apropiado para indicar uno; o b)

dejando la línea de datos alta para indicar cero.

Se pueden asignar múltiples dispositivos a una señal de entrada dada y

cualquiera de ellos puede imponer un uno para anular los ceros impuestos por

otros dispositivos duplicados. Esto se llama una aplicación de lógica “O” de la

línea de datos (ver figura 2.41).

53



Figura 2.41 Aplicación de la lógica “O” de la línea de datos

De igual forma, los dispositivos de múltiples salidas pueden ser asignados a la

misma dirección y responder todos al mismo valor de señal de salida (ver

figura 2.42). De esta forma la capacidad de E/S del bus puede aumentar a más

de 510 dispositivos por trama de datos.

Figura 2.42 Aplicación de salidas múltiples

2.2.6 Herramienta de configuración

La herramienta de configuración SERIPLEX es un dispositivo portátil que se

usa para ingresar y leer datos de configuración de los dispositivos de E/S

SERIPLEX, entre los que se encuentran los módulos de E/S y los productos

dedicados como botoneras, sensores, etc.

La herramienta de configuración se puede usar para ingresar y leer datos tales

como las direcciones de E/S y los valores lógicos de casi cualquier dispositivo

que lleve un ASIC SERIPLEX. El microprocesador del ASIC tiene una memoria

EEPROM, que se usa para guardar los datos de configuración del dispositivo

de E/S, como pueden ser las direcciones y las configuraciones lógicas. Esta

54



memoria no es volátil, lo cual significa que retiene sus datos aunque falte la

alimentación. La herramienta de configuración le permite leer datos de la

memoria EEPROM del ASIC y escribir datos en el ASIC.

La herramienta de configuración incluye un cable de configuración de

dispositivos como se muestra en la figura 2.41.

Figura 2.41 Herramienta de configuración SERIPLEX

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Figura 2.42 Conexión de la herramienta de configuración a un dispositivo SERIPLEX

Una de las desventajas del sistema SERIPLEX es que para configurar, leer o

escribir un dispositivo de E/S, éste debe ser desconectado del bus y de los

sensores y actuadores con los que opera.

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