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Curso sobre Controladores Lógicos
Programables (PLC).
Por Ing. Norberto Molinari.
Entrega Nº 28.
Capitulo 5.
Redes Digitales de Datos en Sistemas de
Control de Procesos.
5.13.1 Acoplamiento mecánico
Para conectar una estación por ejemplo , la línea de derivación hacia una estación) a la
línea de transmisión, se utilizan las siguientes opciones.
•
Cortar el cable e insertar un elemento en T (acoplamiento por interrupción de cable).
Este tipo de conexión se utiliza para pares trenzados y cables coaxiales, en los que
se utilizan diferentes métodos de conexión, etc. El acoplamiento real de la estación
(elementos de conversión de controlador del bus) a la línea de derivación se efectúa
mecánicamente, en general por medio de conectores múltipin (es decir, conectores
de 9 pines Sub-D ( DB 9). con carcasa metálica para PROFIBUS).
El apantallamiento de la línea puede conectarse a la carcasa metálica para
PROFIBUS). El apantallamiento de la línea puede conectarse a la carcasa metálica.
Este tipo de conexión por interrupción del cable se utiliza ampliamente en sistemas
de bus de campo.
•
Montaje por presión directa de un conector especial en el cable (acoplamiento con
un cable coaxial sin interrupción). Un pin de contacto establece la conexión eléctrica
con el transmisor que se halla directamente debajo. En este caso, no hay que tender
una línea de derivación. Los acoplamientos sin interrupción se utilizan ampliamente
en las comunicaciones de oficina (p.ej. redes locales Ethernet).
5.13.1.1 Acoplamiento eléctrico y conversión de señal
El acoplamiento eléctrico puede efectuarse galvánicamente (directo), por inducción
(transformador) o capacitivo. Los acoplamientos galvánicos e inductivos tienen interés
práctico.
5.13.1.2. Acoplamiento galvánico
Para el acoplamiento galvánico se requieren dos tipos de circuitos eléctricos:
•
Transmisor, (driver): Un circuito frecuentemente utilizado es la etapa de
salida tristate (tres estados) (Fig b abajo). Este circuito asegura que los
transistores de salida push-pull T2 y T3 pueden ser conmutados con una
elevada impedancia por medio de una señal de control. Esto equivale a
separar el transmisor del medio de transmisión si la estación no tiene el
derecho de transmitir. Si la salida push-pull se conmuta con baja
impedancia, la secuencia de bits en la entrada E es conmutada hacia la
salida A. A la función de transmisión pueden conectarse funciones
adicionales básicas (inversor, NAND, etc...).
•
El Receptor opera en forma de disparador de umbral. Como resultado de las
características de conmutación, la señal de forma irregular es convertida a señal de
forma rectangular. La función de histéresis H empleada mejora la inmunidad a
interferencias del receptor, ya que se suprimen las señales de interferencia dentro del
rango de la histéresis.
Fig. 5.51 : Elemento básicos de un transceptor
Los circuitos transmisor y receptor a menudo se combinan en transceivers
(transceptores). Transceptor = Transmisor + Receptor.
Algunos ejemplos de transceptores que establecen acoplamiento galvánico según el
estándar EIS RS 485 (definido por PROFIBUS) son los tipos SN 75176 A ó DS 3695.
Con los transceptores pueden efectuarse diferentes tipos de acoplamiento galvánico del
transmisor:
•
•
•
Salida por tensión (para líneas simétricas, tales como cables coaxiales)
Salida por tensión diferencial (para líneas simétricas con pares trenzados)
Salida por corriente (para líneas simétricas)
Fig. 5.52 : Acondicionamiento de la señal en el receptor
Los tipos de acoplamiento difieren en relación con la tolerancia a interferencias de la
señal transmitida.
La salida por tensión diferencial (y correspondientemente la entrad diferencial del
receptor) hace que las interferencias externas afecten por igual dos núcleos de las líneas
para que se anulen mutuamente ( en el llamado rechazo en modo común), ya que se
interpreta solamente la tensión diferencial de los dos núcleos. Este tipo de acoplamiento
se utiliza con PROFIBUS. Durante la salida por corriente, la corriente I1 es dirigida al
núcleo 1 o al núcleo 2 de la línea dependiendo del nivel lógico. La línea de tierra sirve
como línea de retorno, puesto que se obtiene una corriente virtualmente constante en la
línea, independientemente del valor lógico del bit.
Los procedimientos de conmutación en las líneas, que causan interferencias de alta
frecuencia durante la salida por tensión, se ven compensados por su efecto en relación a
la creación de campos electromagnéticos.
El acoplamiento galvánico no necesita ningún requisito especial en relación con los
formatos de señal. Si se necesita una aislador entre la estación estándar y la línea de
transmisión, generalmente se insertan opto-acopladores estándar, que permiten una
diferencia de potencial de hasta 5000 V.
Fig. 5.53: Conexión por transformador
El acoplamiento en serie asegura la ausencia de realimentación a la línea en el caso de
un cortocircuito en el circuito de entrada de la estación conectada, pero requiere la
interrupción de la línea. El acoplamiento bus tiene un débil comportamiento de
realimentación en relación con la línea durante el cortocircuito en el circuito de entrada
de la estación conectada, pero no necesita que se interrumpa la línea si se añaden o se
quitan estaciones. Para mejorar el comportamiento de la realimentación se prevén
resistencias R/4. El acoplamiento bus se utiliza más frecuentemente. El acoplamiento
inductivo requiere un formato de señal especial, por lo que no puede contener
componentes invariables.
5.13.2 Ampliación del medio de transmisión
Los repetidores se utilizan para obtener distancias mayores que las ampliaciones
limitadas por las características de la línea así como las prestaciones del transmisor y la
sensibilidad del receptor. El objetivo de estos repetidores es el de asegurar tráfico
bidireccional, es decir, deben ser efectivos en ambas direcciones. Esto requiere un
control de inversión de la línea. Esto puede efectuarse:
•
Por medio de una señal de control externa (con repetidores controlados
externamente)
•
Por medio de detección de ruta independiente (con repetidores controlados
automáticamente)
Los repetidores externamente controlados tienen la desventaja que debe tenderse una
línea de control separada, por lo que en los sistemas de bus de campo se prefieren los
repetidores controlados automáticamente. Los repetidores pueden desplegarse tanto
como amplificadores de línea meramente para ampliar la línea o como elementos
acopladores entre las secuencias de bus de campo. Esto produce diferentes tipologías
para los sistemas de bus de campo.
Fig. 5.54: Repetidores como elementos de configuración de sistemas de bus
El número de repetidores que pueden conectarse a un sistema de bus de campo está
limitado (p.ej. 3 repetidores con PROFIBUS)
5.13.2. 1 Tecnología de transmisión por fibras ópticas
La transmisión con fibras ópticas facilitan una conexión unidireccional punto -apunto
entre dos estaciones. Esto requiere elementos de acoplamiento mecánicos o
convertidores eléctrico/ ópticos, así como cables de fibra óptica.
Fig. 5.55: Componentes en una transmisión de señal por fibra óptica
La figura 5.55 muestra el modo de funcionamiento de la transmisión de una señal
óptica. El convertidor eléctrico/ óptico (diodos de luz, diodos láser), crea el rayo de luz,
cuya intensidad cambia según el comportamiento temporal de las secuencias de pulsos
eléctricos. Los rayos de luz se transmiten y se convierten en secuencias de pulsos
eléctricos por medio del convertidor óptico / eléctrico (p.ej. un fotodiodo).
Debido al acoplamiento, se producen pérdidas por absorción y reflexión durante la
transmisión, por lo que las señales deben regenerarse por medio de repetidores en la
línea. El parámetro de atenuación depende del tipo de fibra (guía de ondas de índice
escalonado o gradual, cable, guía de ondas monomodo).
La transmisión óptica de señales se realiza en fibras ópticas de plástico o de vidrio.
Estas fibras consisten en un núcleo interno de vidrio o recubrimiento de vidrio
(encerrando al núcleo de vidrio). La fibra se recubre por un forro coloreado con fines de
identificación. Las fibras pueden ser únicas o agrupadas con otras fibras con
recubrimientos de protección de poliéster o de poliamida.
El resultado son núcleos huecos o mazos de núcleos formando cables. Los núcleos de
vidrio y los recubrimientos de vidrio tienen índices de refracción de luz diferentes,
llegando así a una refracción total en el recubrimiento de vidrio de la luz conducida en
el núcleo de vidrio. Dependiendo del diseño y el perfil del índice de refracción, es
posible el paso de diversas ondas naturales (modos), es decir guías de ondas de una
determinada longitud de onda.
La ilustración de abajo muestra la estructura de principio, los índices de refracción y las
muestras de modo de la luz transmitida guía de ondas multimodo (se conducen varios
modos, perfil escalonado, índice de refracción), conductor monomodo (el modo básico
solamente es conducido, es decir, luz sin refracción) y guía de ondas de índice gradual
(varios modos, perfil parabólico del índice de refracción).Además también se utilizan
tipos de fibras con perfiles de índice de refracción multietapa.
Fig. 5.56: Construcción, perfil de índice de refracción y recorrido de la luz en guía de
ondas ópticas.
5.13.3 Modos de onda multimodo
Los guía de ondas multimodo son fáciles de fabricar y permiten la transmisión de varios
miles de modos. Sin embargo, el tiempo de propagación de éstos, varía
considerablemente debido a las diferentes longitudes de onda. Ésta es la razón por la
que se utilizan con menos frecuencia.
•
•
Guía de ondas monomodo
Guía de ondas de modo gradual
Los guía de ondas monomodo evitan diferencias en el tiempo de propagación.
Sin embargo, estos solamente transmiten el modo básico y por lo tanto no en el rango de
banda ancha, y por lo tanto requieren generadores de luz monocroma de alta capacidad.
Los guía de ondas de índice gradual se caracterizan por un índice de refracción
parabólico en el núcleo de vidrio que depende del radio y requiere una tecnología muy
desarrollada para su fabricación. La ventaja es la transmisibilidad de numerosos modos
(es decir, un amplio rango de ondas) y por lo tanto una demanda reducida de fuente de
luz. Debido al especial perfil del índice de refracción, las diferencias en el tiempo de
propagación se reducen considerablemente, por lo que este tipo de fibra también es de
una gran importancia.
Continuará.....
Nota de Redacción: El lector puede descargar el curso capítulo a capítulo desde la
sección “Artículos Técnicos” dentro del sitio de EduDevices
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