capitulo ii marco teÓrico sistemas de comunicación
TRANSCRIPT
11
CAPITULO II
En este capítulo se expondrán los antecedentes de la investigación, las
bases teóricas de las variables de estudio, la definición de términos básicos,
la hipótesis y el sistema de variables.
MARCO TEÓRICO
1. Antecedentes de la Investigación
Varias son las investigaciones que se han orientado hacia el diseño de
sistemas de comunicación telemáticos que permitan mejorar los procesos en
diferentes empresas.
En este sentido, Moreno y Marino (1996), en su Trabajo Especial de
Grado: Implementación de un sistema SCADA que permita la comunicación
entre la nueva base de datos maestra con los PLC de las estaciones de flujo
automatizadas del Lago a través de un interfaz hombre-máquina totalmente
distribuido, plantearon como propósito implementar un sistema SCADA
totalmente distribuido, con la utilización de un controlador lógico programable
(PLC) para la comunicación directa con el software FIX Dmacs. El método de
la investigación fue el descriptivo porque permitió observar el fenómeno tal y
como se presentó en el momento de su recolección. La población del estudio
12
estuvo conformada por 8 estaciones de flujo del Lago de la Segregación
Lago cinco.
Asimismo, Martínez y Sandoval (1999) realizaron un estudio titulado
Implantación de un sistema de administración, monitores y control para redes
LAN y WAN. Caso: PROCEDATOS, ENELVEN y ENELCO. El objetivo de
esta investigación fue implantar un sistema de administración, monitoreo y
control para redes LAN y WAN. El sistema fue implantado empleando las
fases que contempla el ciclo de vida de desarrollo de sistemas planteado por
Whitten, Bentley y Barlow (1996); para lo cual se realizó un estudio del
sistema actual, proporcionando la información necesaria para las fases
posteriores.
Los resultados de esta fase generaron la definición de la alternativa de
solución, así como también la evaluación de propuestas económicas de las
herramientas de administración de redes. Posteriormente se instaló y
configuró el sistema, quedando demostrado que en él se presentan las
opciones de administración de redes que contribuyen al incremento de
rendimiento y disponibilidad de los recursos de la red.
Por otra parte, Barrios y Mora (1999) realizaron una investigación
titulada Diseño de un prototipo de un sistema integrado para el acceso,
monitoreo y administración de redes en forma remota, cuyo propósito fue
diseñar un prototipo de un sistema integrado para el acceso, monitoreo y
administración de redes en forma remota. Para ello, se desarrolló una
interfaz de conexión a través de Internet entre un usuario y el servidor de la
13
empresa. Esta investigación fue de tipo exploratoria-explicativa y aplicaron la
metodología de Edward Yourdon (1996), conocida como Análisis
Estructurado Moderno. Los investigadores concluyeron que el equipo era
operable dentro de las funciones para las cuales fue diseñado.
Los autores revisados asumen la importancia de las unidades de
programación PLC y de las redes LAN como la alternativa viable para
mejorar la calidad de comunicación de los procesos desarrollados en las
empresas que sirvieron de muestra. De esta forma, direccionan la
investigación al asignarle vigencia y pertinencia a las dimensiones e
indicadores de la variable de estudio.
Por tal razón, como en cualquier estudio sistemático, es necesario
argumentar y profundizar acerca de las unidades de programación PLC y las
diferentes tecnologías de las redes LAN, para proporcionar un piso teórico
donde se sustente la investigación.
2. Bases Teóricas
El estudio de las unidades de programación PLC, de las redes LAN, de
los protocolos de comunicación y de los dispositivos del hardware, servirán
de plataforma teórica donde sustentar la investigación.
2.1. Controlador de Lógica Programable (PLC)
En lo que respecta a los PLC, Siemens (2000) lo define como un equipo
electrónico el cual realiza la ejecución de un programa en forma cíclica que
14
tradicionalmente se han realizados con relés, temporizadores, entre otros. El
aspecto más importante de un PLC es la garantía de ejecución completa del
programa principal.
Para efectos de la investigación se trabajará con un Autómata
Programable o Unidad de Programación Siemens S5-115U. Este autómata
programable SIMATIC S5-115U se utiliza en casi todos los sectores de la
industria como la automovilística, de alimentos, química; así como en
sistemas de transporte. Tiene estructura modular, y las diversas funciones
ejecutadas por el autómata son realizadas por diferentes tarjetas. El lenguaje
STEP5 y un extenso catálogo de software favorecen a la sencillez de la
programación del S5. El sistema ofrece posibilidades de comunicación con la
periferia.
2.1.1. Componentes del Sistema Para Siemens (2000) los componentes del Sistema son los siguientes:
- Fuentes de alimentación. (PS)
Las fuentes de alimentación transforman la tensión externa
suministrada para las operaciones internas. Además realiza funciones de
vigilancia y señalización. Se pueden usar las diferentes fuentes: 24 v.cc, 115
v.ca, 230 v.ca.
Dependiendo de las tarjetas conectadas al S5 y la potencia, es posible
elegir entres tres alternativas: 3 A, 7 A, 15 A; donde hasta la intensidad de 7
A se desprecia el uso del ventilador.
15
Como batería de respaldo para la memoria RAM, las marcas,
acumuladores y temporizadores internos remanentes; se usa una batería de
litio. Si ocurre un fallo en el suministro de alimentación, se debe cambiar la
batería desconectada la fuente. El CPU trae incorporado una luz indicadora
de falla de batería de color amarillo, la cual enciende si el voltaje de la batería
es bajo.
- Tarjetas procesadoras de señal. (IP)
Las tarjetas periféricas inteligentes se usan para tareas de medida,
regulación, y mando; con la finalidad de ganar tiempo al ciclo de rutina que
tiene el CPU. Trabaja autónomamente, ya que tiene un procesador propio,
por lo tanto, trabaja simultáneamente con el procesador central. Tiene una
elevada velocidad de procesamiento.
- Interfases. (IM, AS)
El AG S5-115U se monta en bastidores (rack´s) con una cantidad
limitada de puestos de enchufe. Estas interfaces permiten la conexión del
aparato central con un bastidor secundario o aparato de ampliación sin
necesidad de otro CPU. Incorporando un procesador de comunicaciones (CP
530) es posible conectar la red local SINEC L1 o conectando estaciones
remotas ET200.
- Cartuchos con sistema operativo. (sólo para CPU944)
Además del Sistema Operativo del AG, este cartucho incluye también
drivers para el segundo canal de comunicación. Dichos drivers se cargan en
la memoria de trabajo del canal.
16
2.1.2. Protocolo de Comunicación
Según Siemens (2001), la flexibilidad en un sistema afecta la
producción de una industria. Para lograr una flexibilidad lo más alta posible,
las tareas de mando complejas o repetitivas se dividen y asignan a varios
autómatas distribuidos.
Con esto se consigue, una fácil configuración, diagnosis y observación
del proceso global. Al incrementar la plasticidad de la instalación del sistema,
en cualquier momento de falla de una unidad puede seguir funcionando el
resto del sistema. Cuando la distancia entre el proceso y las tarjetas de
entrada/salida es muy grande, el cableado necesario puede ser poco claro y
expuesto a averías.
Cualquier sistema descentralizado posee una serie de nodos activos
(autómatas, aparatos de programación, etc.) y de nodos pasivos (unidades
periféricas descentralizadas ET 200, instrumentación de campo). Los nodos
activos y pasivos se unen entre sí mediante el bus abierto de campo SINEC
L2-DP.
Para lograr esto se ofrecen las diferentes posibilidades de
comunicación:
- Acoplamiento punto a punto usando los procesadores CP524 Y
CP525 así como las tarjetas centrales 943 y 944.
- Comunicación por bus usando las redes locales, escalonadas en
prestaciones y precio, SINECL1 Y SINECH1.
17
SINECL2.
- Canal ASCII (en las CPU943 Y CPU944) para conectar impresoras,
teclados, entre otros.
- Acoplamiento con protocolo 3964/3964R (CPU944).
Según el autor citado, el bus de campo SINEC L2 se utiliza para la
comunicación rápida y cíclica de pequeñas cantidades de datos. Esta red
local conecta las unidades periféricas descentralizadas e instrumentos de
campo con el autómata superior. El bus de campo SINEC L2-DP se basa en
la red local SINEC L2, el PROFIBUS de SIEMENS. Representa un
subconjunto optimizado de los servicios de transmisión de telegramas
PROFIBUS y la velocidad de transmisión puede llegar a 1.5 Mbps.
Las ventajas del PROFIBUS son: alta disponibilidad, elevada seguridad
de datos, estructura de telegrama estándar, conexión y desconexión de una
estación en servicio sin repercusiones en las demás. El bus de campo SINEC
L2-DP trabaja según el procedimiento de acceso "Paso de testigo con
maestro-esclavo". Las estaciones del bus pueden ser activas o pasivas.
Al respecto Siemens (2001) afirma que las estaciones activas son las
únicas que tienen la autorización para emitir (tienen el testigo "token"). Esta
autorización va pasando de una estación a la siguiente al cabo de un cierto
tiempo prefijado. La estación en cuyo poder está el testigo es la única que
puede acceder al bus en ese momento. Las pasivas por el contrario, son las
estaciones del bus que no emiten señal, sino que simplemente, o están
esperando poder emitir o son simples receptores de datos.
18
2.2. Redes de Computadoras
Halsall (1998) señala que la tercera generación está sustentada en
principios de:
1. Escalabilidad: Se entiende por el crecimiento en el servicio a
usuarios dentro de la institución (desde 5 usuarios a 50, luego a 100, para
llegar a 1000 o más), así como la capacidad de implantar componentes
complejos que permitan tal crecimiento.
2. Flexibilidad: Para adaptarse a la infraestructura civil de los locales y
ambientes de la empresa y/o institución.
3. Seguridad: En la infraestructura de red y de sus componentes
dentro de los ambientes e instalaciones.
4. Operabilidad: Soportada sobre el principio de fácil instalación así
como la manipulación de los componentes de la red informática.
Gráfico 1 Redes de 3 ra generación Fuente: http://www.inei.gob. pe/cpi/bancopub/libfree/lib613/cap0103.htm
19
2.2.1. Tipos de Redes Según el citado autor existen diferentes tipos de redes, entre ellas se
destacan:
- LAN ( Local Área Network ): Redes de Área Local, también llamada
red de acceso, es un sistema de comunicación entre computadoras, que
permite compartir información y recursos, con la característica que la
distancia entre las computadoras debe ser pequeña. El área máxima de una
LAN se encuentra entre 1 y 2 kilómetros; proporciona conexiones de alta
velocidad entre procesadores y periféricos situados en un área limitada y
transmisión confiable de información.
- VLAN (Virtual Local Area Network ): Redes de Área Local Virtuales,
sirven como agentes para microsegmentación virtual. La microsegmentación
crea pequeños dominios, llamados segmentos, o bien enlazando las
estaciones terminales directamente a puertos de switches individuales o
conectando un pequeño hub de grupo de trabajo a un puerto de switch
simple. La red VLAN es un dominio de transmisión grande y llano
segmentado en software, sus cuestiones de diseño pueden llegar a ser
relativamente complejas. Un problema presentado con el concepto VLAN es
que ningún estándar está disponible hoy en día. El IEEE está trabajando en
el estándar 802.1q para "LAN’s conectadas virtualmente". No obstante, la
falta de estándar no aleja a los vendedores de proporcionar sus propios
20
métodos de VLAN’s, incluyendo el Enlace InterSwitch (ISL) de Cisco y
SecureFast de Cabletron.
- WAN ( Wide Area Network ): Redes de Área Amplia, la cual consiste
en la interconexión de redes de área local ( LAN ) o de área metropolitana (
MAN ) que se encuentran geográficamente lejanas; están conectadas
mediante líneas telefónicas, soportes de fibra óptica y, otras por medio de
sus propios enlaces terrestres y satélites. Una red de gran alcance puede
extenderse por todo el mundo, ya que puede soportar cientos o miles de
kilómetros de diámetro. Una de las desventajas de las WAN es que son de
transmisión menos confiable y poseen más probabilidad de error y velocidad
de transferencia más baja debido a su gran área geográfica de trabajo.
- Backbone Network: Red Columna Vertebral, también denominada
red de transporte ( Carrier Network ), se utiliza por lo general, para conectar
un país o un continente. Sirve como apoyo a las empresas que tienen redes
locales y no pueden costear la inversión en la infraestructura y
mantenimiento de una WAN propia. Es una red de alto rendimiento formada
por líneas telefónicas especiales de alta velocidad ( enlaces T3 que puede
transmitir 4.5 Megabytes por segundo ), cables de fibra óptica y enlaces vía
satélite. A este tipo de red se conectan otras redes de menor rendimiento
encargadas de transmitir datos entre computadoras centrales, locales u otras
redes de tránsito.
- MAN ( Metropolitan Area Network ): Redes de Área Metropolitana,
consiste en un conjunto de redes de área local ( LAN ) interconectadas
21
dentro de un área especifica, utiliza una base de cableado y sistemas de
conexión de alta velocidad, debido a que ocupa un área de 50 kilómetros de
diámetro aproximadamente.
- INTERNETworking: Red Internacional, también llamada Telaraña de
Área Mundial ( World Wide Web ), es una enorme red de redes que se
enlaza a muchas de las redes científicas, de investigación y educacionales
alrededor del mundo, así como a un numero creciente de redes comerciales.
Para entender con claridad el tipo de redes según su alcance geográfico se
puede observar el gráfico 2.
Gráfico 2 Tipos de redes según su alcance geográfico Fuente: http://www.inei.gob.pe/cpi/bancopub/libfree/lib613/cap0103.htm
22
2.3. Arquitectura de Redes 2.3.1. Redes Ethernet Por su parte Stallings (2000) afirma que Ethernet es el nombre de una
de las redes de área local más famosas en la actualidad. Fue inventada por
Xerox PARC a principios de los años 70. Este sistema de red de área local
se ha convertido en uno de los estándares de factor del mercado de redes de
área local. Es una red que utiliza topología tipo Bus con cableado
estructurado tipo coaxial o par trenzado y el sistema de acceso al medio
CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). La
técnica CSMA/CD permite que todo los dispositivos puedan conectarse en el
mismo medio, aunque sólo puede existir un único en cada instante. Este tipo
de redes se basa en las normas IEEE 802.3, adoptada por ISO como ISO
802.3.
Agrega el autor citado que algunos criterios que deben tenerse en
cuenta para el diseño de una red Ethernet es la longitud máxima del cable de
500 m, constituido por el coaxial y sus terminadores. Otro criterio a tomar en
cuenta es el retardo de grupo (RTD, Round Trip Delay) es el tiempo máximo
que puede transcurrir desde que un equipo terminal de datos comienza una
transmisión, hasta que se detecta la colisión, si ésta se produce.
Además, no deben existir más de dos repetidores en el camino de
transmisión entre dos equipos terminales de datos de la red. Sin embargo, si
la configuración requiere más de dos repetidores o enlaces punto a punto,
23
con una longitud combinada de más de 1 Km, debe ampliarse la limitación
anterior (RTD).
- Ethernet 10Base5. La especificación IEEE 802.3 10Base5 fue la
primera en establecerse y se conoce como Thick Ethernet o Ethernet
estándar. En los extremos del bus deben colocarse unos elementos
denominados «terminadores», permitiendo minimizar la reflexión de la señal
en los extremos del cable.
Gráfico 3 Ethernet 10Base5 Fuente: http://www.inei.gob.pe/cpi/bancopub/libfree/lib613/cap0103.htm
- Ethernet 10Base2. Este estándar surgió a raíz del problema de
flexibilidad del cable grueso y para disminuir los costes de material
(transceptores) y de instalación. Se suele denominar Thin Ethernet por el
cable coaxial fino que se usa, o CheaperNet por su bajo coste. Un conector
en “T” permite enlazarla con el cable coaxial para formar una cadena de
hasta 30 estaciones sobre una distancia máxima de 185 metros. Permite su
expansión conectándose a una red principal (backbone).
24
Gráfico 4 Ethernet 10Base2 Fuente: http://www.inei.gob.pe/cpi/bancopub/libfree/lib613/cap0103.htm - Ethernet 10Broad36. Es la especificación que define la transmisión
mediante la modulación de la señal. Este tipo de red, aunque utiliza una
tecnología muy extendida en las redes de televisión por cable (CATV), ha
quedado obsoleta y únicamente se sigue empleando minoritariamente en
entornos industriales.
- Ethernet 10BaseT (Twisted pair Ethernet). Esta norma permite
implementar redes Ethernet sobre cables de pares telefónicos, sin apantallar.
El estándar 10BaseT utiliza un elemento concentrador llamado hub. En este
sistema la señal llega a través del par trenzado a una de las puertas, siendo
regenerada eléctricamente y enviada a las demás salidas. Este elemento
también se encarga de desconectar las salidas cuando se produce una
situación de error. La distancia máxima de un segmento es de 100 metros.
- Ethernet 10BaseF (Fiber Optic Ethernet). Esta norma permite
implementar redes Ethernet sobre cables de fibra óptica multimodo. La
distancia máxima de un segmento es de 2 kilómetros.
25
Gráfico 5 Ethernet 10BaseT Fuente: http://www.inei.gob.pe/cpi/bancopub/libfree/lib613/cap0103.htm
Para Ojeda (2002), los parámetros más importantes que caracterizan
una red son:
- De servicio:
1. Cadencia Efectiva (Cef):
También denominado Throughput o Caudal. Es la cantidad de bps (bits por
segundo) que se pueden introducir a la red en el punto de terminación de red
(ptr), es decir, el ritmo al cual la red acepta información. La definición sólo
habla de lo que ocurre en un extremo de la red, y no de la cantidad de bits
que van de un extremo a otro de la red en un segundo. Por tanto, es
importante no confundir que la cadencia sea 9.600 bps con que 9.600 bits
atraviesen la red en un segundo.
Además, es necesario señalar que la capacidad nominal del enlace (C)
y la cadencia no son lo mismo. `C` es toda la capacidad que brinda el enlace
y como hay recursos compartidos en la red (enlaces y nodos), ocurre que
26
Cef<C. Cef no es un valor determinista, puesto que depende del estado de la
red, y por tanto es muy difícil de predecir.
2. El Retardo de tránsito (T).
Es el tiempo que transcurre desde que la red recoge un bit en el punto de
terminación de red origen hasta que se recibe en el ptr destino. Este tiempo
T siempre será mayor que el tiempo de propagación de la señal. En principio
Cef y T son dos magnitudes independientes; una tubería puede ser ancha y
corta (Cef alto y T bajo), o larga y estrecha (Cef bajo y T alto). Suele ocurrir
que si T es alto fuerza a que Cef sea pequeño, por las razones que se
exponen a continuación.
Al producto Cef*T se le llama Memoria de la red , y expresa el número
de bits en tránsito, pues es la cantidad de información que ha salido del
origen, pero no ha llegado a destino, luego está en la red.
Para saber si un bit ha llegado bien y no hay que retransmitirlo, es necesario
esperar un tiempo 2*T (o bien T1+T2 si los trayectos son asimétricos),
llamado Round Trip Delay (que traducimos como Retardo de ida y vuelta);
luego en el origen se han de almacenar al menos Cef*2T bits para el caso en
que se haya de retransmitir, y esto implica un uso de memoria muy grande si
T y Cef son muy altos.
3. La tasa de fallos.
Se caracteriza por medio de la Probabilidad de Error en bit (Pe), esto es, la
probabilidad de que un bit no llegue correctamente a su destino. Los fallos
pueden ser debidos a pérdidas, corrupción, duplicación y desórdenes en bits
27
o paquetes. Muchos de éstos son debidos a que el software de
comunicaciones no puede responder ante todas las situaciones posibles,
pues suele trabajar sobre complejos sistemas distribuidos.
El uso de códigos reduce la tasa de fallos, pero no puede hacer nada si
el sistema está indisponible, por ejemplo, si se caen los enlaces que
conectan un nodo con el resto, dicho nodo está incomunicado.
4. La Disponibilidad del Servicio.
Viene determinada por el tanto por ciento del tiempo en que el servicio está
funcionando (disponible). 100% es el límite ideal al que se debe intentar
llegar.
5. La Cobertura.
Corresponde al área de alcance del servicio que proporciona la red. Es, en
otras palabras, una enumeración de los puntos de terminación de red, dónde
es posible usar la red. Un ejemplo de esto son los listines telefónicos que nos
citan los puntos de terminación de red de la red telefónica básica, y por tanto
implícitamente la cobertura de la red.
La disponibilidad de manuales y literatura en español, así como
empresas dedicadas a la configuración e instalación de redes Ethernet
fueron fácilmente localizadas. Existen múltiples proveedores locales y
personal calificado.
En Cervecería Modelo existe un departamento de Sistemas e
Informática que se encarga de configurar y velar la red LAN.
28
2.3.2. Redes inalámbricas (wireless) Una red LAN inalámbrica, según Stallings (2002), es un sistema flexible
de comunicación de datos realizado como una extensión o alternativa de una
LAN alámbrica. Al usar tecnología de radiofrecuencia (RF), la LAN
inalámbrica transmite y recibe datos por el aire, reduciendo al mínimo la
necesidad de conexiones alámbricas. Por consiguiente, las LAN
inalámbricas combinan la conexión de los datos con la movilidad del usuario.
Estas redes proporcionan mayor ancho de banda, capacitando así
conexiones de nuevas aplicaciones, como bases de datos. Tiene la gran
ventaja de mantener una total compatibilidad e interoperabilidad con
Ethernet. Utiliza el mismo protocolo para el acceso al medio (MAC) que el
Ethernet, llamada CSMA/CD. La velocidad de transferencia es de 100 Mbps.
El formato de tramas y el soporte de cableado se basa en el Ethernet
10BaseT. Este tipo de redes sigue las normas IEEE 802.3.
Por su parte, Jonson (2002), plantea que una LAN inalámbrica ofrece
las siguientes ventajas en productividad, conveniencia y costo sobre las
redes alámbricas convencionales y debe cumplir con los mismos requisitos
de cualquier otra red LAN, entre los mas importantes están:
- Rendimiento: el protocolo de control de acceso al medio debe hacer
un uso eficiente para maximizar la capacidad.
- Área de servicio: la red LAN inalámbrica tiene un diámetro de
cobertura de 100 y 300 metros.
29
- Confiabilidad en la transmisión y seguridad: no es confiable ya que
tiende a sufrir interferencias y escucha.
- Escalabilidad: se pueden configurar con diversos tipos de topología
para satisfacer las necesidades de aplicaciones e instalaciones especificas.
Las configuraciones se cambian con facilidad y varían desde redes de igual a
igual, que son apropiadas para un numero pequeño de usuarios, hasta una
infraestructura de redes para miles de usuarios que permite la exploración en
un área amplia.
- Movilidad: los sistemas de LAN inalámbricas pueden ofrecer a sus
usuarios acceso a información en tiempo real en cualquier lugar de su
organización. Esta movilidad que no es posible con redes alámbricas apoya
la productividad y las oportunidades de servicio. Además la instalación de
este sistema es rápida y fácil ya que no hay que tender cables.
En cuanto a la literatura y manuales consultados, los mismos solo se
consiguieron en idioma inglés y no se ubico un proveedor local que ofreciera
soporte técnico para la instalación y configuración de la red.
2.3.3. Redes Fibra Óptica
Para Ojeda (2002) la fibra óptica se emplea cada vez más en la
comunicación, debido a que las ondas de luz tienen una frecuencia alta y la
capacidad de una señal para transportar información aumenta con la
frecuencia. En las redes de comunicaciones se emplean sistemas de láser
con fibra óptica. Hoy funcionan muchas redes de fibra para comunicación a
30
larga distancia, que proporcionan conexiones transcontinentales y
transoceánicas. Una ventaja de los sistemas de fibra óptica es la gran
distancia que puede recorrer una señal antes de necesitar un repetidor para
recuperar su intensidad. En la actualidad, los repetidores de fibra óptica
están separados entre sí unos 100 Km, frente a aproximadamente 1,5 Km en
los sistemas eléctricos. Los amplificadores de fibra óptica recientemente
desarrollados pueden aumentar todavía más esta distancia.
Otra aplicación cada vez más extendida de la fibra óptica son las redes
de área local. Al contrario que las comunicaciones de larga distancia, estos
sistemas conectan a una serie de abonados locales con equipos
centralizados como ordenadores (computadoras) o impresoras. Este sistema
aumenta el rendimiento de los equipos y permite fácilmente la incorporación
a la red de nuevos usuarios. El desarrollo de nuevos componentes electro -
ópticos y de óptica integrada aumentará aún más la capacidad de los
sistemas de fibra.
Por otra parte, Halsall (1998) afirma que una red de área local o LAN,
conjunto de ordenadores que pueden compartir datos, aplicaciones y
recursos (por ejemplo impresoras). Las computadoras de una red de área
local (LAN, Local Area Network) están separadas por distancias de hasta
unos pocos kilómetros ya que por la atenuación del cable luego de cierta
distancia necesitaría un repetidor o amplificador, y suelen usarse en oficinas
o campus universitarios.
31
Una LAN permite la transferencia rápida y eficaz de información en el
seno de un grupo de usuarios y reduce los costes de explotación.
Agrega que ofrece un ancho de banda de 1000 Mbps y es una
extensión a las normas de 10 Mbps y 100 Mbps IEEE 802.3. Igual que las
otras redes Ethernet, mantiene compatibilidad con éstas, con la salvedad de
brindar modos de operación Full-Duplex para conexiones switch-switch y
switch-estación, así como modos de operación Half-Duplex para conexiones
compartidas que usan repetidores y los MAC. Puede operar generalmente
sobre fibra óptica, aunque puede usar cableado de par trenzado sin
protección (UTP) y coaxiales de Categoría 5.
La red de Fibra Óptica se caracteriza además por la rapidez en la
comunicación, la sencillez de interconexión, flexibilidad y operabilidad y por
cubrir mayor distancia entre los puntos de conexión de la red.
Otra característica importante es la flexibilidad en la conexión de otras
tecnologías.
Según Ojeda (2002), entre las ventajas que presenta esta tecnología
tenemos:
- Insensibilidad a la interferencia electromagnética, como ocurre cuando
un alambre telefónico pierde parte de su señal a otro.
- Las fibras no pierden luz, por lo que la transmisión es también segura
y no puede ser perturbada.
32
- Carencia de señales eléctricas en la fibra, por lo que no pueden dar
sacudidas ni otros peligros. Son convenientes por lo tanto para trabajar en
ambientes explosivos.
- Liviandad y reducido tamaño del cable capaz de llevar un gran número
de señales.
- Sin puesta a tierra de señales, como ocurre con alambres de cobre
que quedan en contacto con ambientes metálicos.
- Compatibilidad con la tecnología digital.
- Fácil de instalar.
- Bajas pérdidas.
- Gran Ancho de Banda.
- Tamaño y Peso Reducido.
- Inmunes a EMI.
- Seguridad
- Material base abundante
- No le afecta ningún tipo de interferencia. Puede pasar el cable de fibra
al lado de conductores que transporte grandes cantidades de energía.
- Son fáciles de conseguir en el mercado
- Alcance máximo por tramo de Fibra Óptica Multimodo 2.000 Mts y
Monomodo 8.000 Mts
- Grandes Velocidades en la transmisión de datos (500 Mhz).
- No requieren cañería de protección mecánica y eléctrica dedicada.
33
- Comparte una bandeja con cables de energía, aún de alta tensión o
frecuencia, o al aire con mínimas fijaciones
La Fibra es una tecnología probada, sencilla sumamente
estandarizada y de altísima confiabilidad
Algunas desventajas del servicio de fibra óptica son:
- la limitación para conectarse a Internet desde más de un lugar, el
costo inicial y una cuota mensual más alta.
- Fragilidad de las fibras.
- Disponibilidad limitada de conectores.
- Dificultad de reparar un cable de fibras roto en el campo
Los problemas que limitan el caudal (tanto en modo NVC como en
modo solitón) no vienen solamente de las fibras. Los amplificadores ópticos
también tienen sus límites impuestos por fenómenos físicos fundamentales.
Se trata en primer lugar de las fluctuaciones erráticas de la intensidad de la
señal. Estas se deben a los fotones inevitablemente emitidos por los átomos
de erbio de las fibras dopadas, además de los que contribuyen a la
amplificación de la señal. Este "ruido" parásito de emisión espontánea se
acumula a lo largo de todo el enlace. Es la causa del límite de 10 Gbit/s
sobre 10.000 Km mencionado anteriormente. Se puede disminuir por filtrado
óptico. También aquí tienen los solitones una ventaja, ya que soportan un
filtrado relativamente severo. Entonces es posible una transmisión de 20-40
Gbit/s a 10.000 Km por un solo canal de longitud de onda.
34
El citado autor agrega que tanto en modo NVC como en modo solitón
las técnicas progresan continuamente. Por lo tanto es aventurado hacer un
pronóstico sobre las capacidades últimas de uno u otro de estos sistemas de
comunicaciones. A cada récord de transmisión, se descubren nuevos efectos
limitantes, y nuevas innovaciones para cada uno. En cualquier caso los
caudales extraordinarios citados más arriba, de 80-100 Gbit/s, ya
demostrados en el laboratorio, equivalen a varios millones de conexiones
telefónicas simultáneas en una sola fibra. Estos caudales, que están muy por
encima de las necesidades del mercado, abriendo perspectivas
prácticamente ilimitadas a las futuras autopistas de la información.
Las fibras ópticas presentan limitaciones químicas que adquieren mayor
intensidad para determinadas longitudes de onda, a los efectos de la
irradiación, determinándose que los laceres de elevada potencia pueden
motivar cierto deterioro.
La irradiación conduce a modificar el color del material transparente de
las fibras, produciendo su oscurecimiento. El vidrio irradiado está constituido
por menor cantidad de sílice y más óxido de plomo. El cuarzo en estado de
extrema pureza se halla menos afectado por la irradiación, pero existe mayor
dificultad en convertirlo en fibras.
Aún cuando resulten de costo elevado, las fibras de sílice fundida
dopadas con germanio presentan muy buena resistencia a la irradiación,
pero el tiempo de restauración de una capacidad transmisora del 50% de la
capacidad inicial resulta inferior al de ciertas fibras de material sintético.
35
Las limitaciones térmicas difieren en alto grado, según se trate de fibras
realizadas a partir del vidrio o a partir de materiales sintéticos. Estos han sido
previstos para temperaturas que van desde -40 hasta +80 grados
centígrados.
Ya que el calor puede proceder de distintas fuentes, es conveniente
hacer uso de sistemas de filtraje que actúen para la para la protección de las
fibras frente a una eventual elevación del calor. Las fibras hechas de vidrio
no son afectadas por ello hasta +120 grados centígrados, precisando ser
protegidas de luz infrarroja.
La literatura y manuales consultados se consiguen en español,
accesibles. Existen proveedores locales y personal altamente calificado,
mayormente en Caracas quienes ofrecen soporte técnico.
Gráfico 6 Red de Automatización. Fuente: http://200.9.147.88/investigacion/institutos/IAEI/Cursos2.htm.
36
3. Definición de Términos Básicos
Ancho de banda : Es la capacidad máxima de transmisión de datos que
puede transportar el cable de una red y se mide en bits por segundo (bps).
Archivo: Conjunto de bytes relacionados y tratados como una unidad;
en él se puede contener datos, programas o ambas cosas.
Banda Base: Técnica de transmisión en red que emplea voltaje para
representar datos.
BPS: bits por segundo. Velocidad de transmisión o recepción de un
módem.
Broadcast (difusión): Tipo de comunicación en que todo posible
receptor es alcanzado por una sola transmisión. Un mensaje de difusión en
una red de computadoras, es un mensaje enviado a todos los usuarios de un
sistema, que aparece al conectarse a éste.
Cliente: Es un nodo (estación de trabajo) de la red que emplea
recursos que proporciona un servidor.
Código ASCII: Código del Comité Estadounidense de Normas para el
Intercambio de Información bajo la representación de caracteres de 8 bits.
Comunicación de datos: intercambio de información desde un punto a
otro por canales de comunicación.
CSMA/CD: Acceso Multiple con detección de portadora y detección de
colisiones. Método utilizado para controlar el acceso a un medio de
transmisión compartido utilizado en las redes LAN en la capa 2 de la OSI.
37
Dato: Unidad de información que puede definirse con precisión.
Full-Duplex: Modo de transmisión de datos en forma simultánea e
independiente en ambos sentidos.
Half-Duplex: Modo de transmisión de datos de forma alternativa en uno
u otro sentido, dando cierto tiempo para cada inversión.
Hardware: Equipo físico, hardware, maquinaria, en general, son los
componentes físicos de un ordenador o de una red, en contraposición con los
programas o elementos lógicos que los hacen funcionar.
Host: Ordenador conectado a Internet.
Interfaz: Una frontera física común entre dos dispositivos o sistemas.
MAC: Control de acceso al medio. Especificación de la IEEE para la
subcapa inferior de la capa OSI.
Marca: Es un operando del lenguaje STEP 5 utilizado para el
almacenamiento de señales lógicas o consultadas.
Memoria: Elemento del procesador central que se utiliza para
almacenar datos permanentes del programa de mando, u otros datos como
el valor de concatenación. Se divide en RAM y ROM.
Módulo: es un bloque del programa de mando de cualquier AG, que
corresponde a su forma de almacenamiento. Existen módulos de datos, de
funciones, de organización, entre otros.
Multiplexor: Dispositivo que combina varias transmisiones de baja
velocidad en una transmisión de alta velocidad, e invierte la operación en el
otro extremo
38
Nodo: Es cualquier computador o elemento periférico conectado a la
red.
Paquete: grupo de bits de datos e información asociada, incluidas la
dirección origen y destino, formateadas para transmitirse de un nodo a otro.
Periferia: Conjunto de dispositivos que se conectan a un computador,
lo que a su vez lo controla.
Profibus: Es un estándar de comunicación que se utiliza para redes de
automatización que controlan procesos específicos. Existen varios tipos de
estándares entre los que están el FMS y DP. El Profibus DP tiene una
velocidad de respuesta más rápida que el Profibus FMS.
Puerto: Conector físico que utilizan los computadores para
comunicarse con el exterior. También se le llama driver.
SCADA: Es un software que permite ver en una pantalla el esquema de
una instalación controlada por autómatas y sobre ésta se reflejan los valores
clave y se pueden variar las consignas.
Servidor: Nodo de red que proporciona servicio a PC´s; por ejemplo
acceso a archivos, formación de trabajos de impresión o ejecución remota.
Slot : Es el soporte físico de aluminio donde se fijan las tarjetas de
entrada y salida analógica o digital.
Software: Conjunto de instrucciones mediante las cuales la
computadora puede realizar tareas. Los programas, los sistemas operativos y
las aplicaciones son ejemplos de software.
39
Terminal: Pantalla y teclado unidos por una red a un ordenador central
que contiene el CPU.
Variable: En programación, área de memoria con nombre que guarda
un valor o cadena de caracteres.
WWW: World Wide Web. Llamada telaraña mundial. Es un sistema de
comunicación hipertexto de Internet.
4. Sistema de Variables
Variable: Plataforma tecnológica para la integración de los PLC´s.
Definición Conceptual: basamento técnico que soporta la integración
de un sistema de comunicación de datos basado en la interconexión de
dispositivos de procesamiento inteligentes e independientes, compartiendo
sus recursos e información. (Briceño, 1998)
Definición Operacional: es el conjunto de aspectos técnicos y
comerciales pertinentes que permitan integrar los PLC’s del sistema de
control de procesos de Cervecería Modelo C.A. Asimismo, se define como el
puntaje obtenido al aplicar el instrumento diseñado por Castillo (2002), según
las siguientes dimensiones e indicadores.
40
Cuadro 1 Sistema de Variables
Variable Dimensiones Indicadores Aspectos técnicos
• Tiempo de respuesta • Fallas • Flexibilidad • Confiabilidad • Seguridad • Mantenimiento • Escalabilidad
Plataforma tecnológica para la integración de los PLC´s
Aspectos comerciales
• Soporte técnico • Manuales • Personal calificado • Proveedor local