Introducción

En este post, te enseñaremos las principales comunicaciones de automatización industrial de nuestros Industrial Shields' PLC Arduino y la lista de los tipos de protocolos de redes industriales protocol con los que trabajan.

En un PLC industrial Arduino, el Wi-Fi utiliza múltiples partes de la familia de protocolos IEEE 802 y está diseñado para interactuar sin problemas con su hermano Ethernet inalámbrico. Los dispositivos compatibles pueden ser conectados en red a través de puntos de acceso inalámbricos entre sí, así como a los dispositivos con cable e Internet. Las diferentes versiones de Wi-Fi se especifican en varias normas del protocolo IEEE 802.11, que es un protocolo de red inalámbrica industrial, y las diferentes tecnologías de radio determinan las bandas de radio, y los rangos máximos y las velocidades que pueden alcanzarse. El Wi-Fi utiliza más comúnmente las bandas de radio ISM de 2,4 gigahercios (120 mm) UHF y 5 gigahercios (60 mm) SHF; estas bandas se subdividen en múltiples canales. Los canales pueden ser compartidos entre las redes, pero sólo un transmisor puede transmitir localmente en un canal en cualquier momento.

Ethernet es la tecnología más común que funciona con las Redes de Área Local (LAN) y las Redes de Área Amplia (WAN). La comunicación Ethernet utiliza el protocolo LAN que es técnicamente conocido como el protocolo IEEE 802.3. Este protocolo de red industrial ha evolucionado y mejorado con el tiempo para transferir datos a la velocidad de un gigabit por segundo.

HTTP & HTTPS

HTTP significa Protocolo de Transferencia de Hipertexto. Cuando escribes http:// en tu barra de direcciones frente al dominio, le dice al navegador que se conecte vía HTTP. HTTP utiliza TCP. 

(Protocolo de Control de Transmisión), generalmente a través del puerto 80, para enviar y recibir paquetes de datos a través de la web.

HTTPS son las siglas de Hypertext Transfer Protocol Secure (también conocido como HTTP sobre TLS o HTTP sobre SSL). Cuando entras https:// en la barra de direcciones frente al dominio, le indicas al navegador que se conecte a través de HTTPS. Por lo general, los sitios que operan sobre HTTPS tendrán una redirección en su lugar, así que incluso si escribes http:// serás redirigido para entregar sobre una conexión segura. HTTPS también utiliza el TCP (Transmission Control Protocol) para enviar y recibir paquetes de datos, pero lo hace a través del puerto 443, dentro de una conexión cifrada por Transport Layer Security. (TLS).

MQTT

MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) es un protocolo de red abierto OASIS e ISO (ISO/IEC 20922) de peso ligero y de suscripción de publicación que transporta mensajes entre dispositivos. El protocolo de comunicación de automatización suele funcionar sobre TCP/IP; sin embargo, cualquier protocolo de red que proporcione conexiones ordenadas, sin pérdidas y bidireccionales puede soportar MQTT. Está diseñado para conexiones con lugares remotos en los que se requiere una "pequeña huella de código" o el ancho de banda de la red es limitado.

Protocolos Modbus

El Protocolo Modbus es una estructura de mensajería desarrollada por Modicon. Se utiliza para establecer una comunicación maestro-esclavo/cliente-servidor entre dispositivos. Modbus tiene muchas opciones de protocolo de automatización industrial. Pero los dos más utilizados son el Modbus RTU (Remote Terminal Unit) y el Protocolo de Control de Transmisión Modbus (TCP/IP).

Modbus RTU & Modbus TCP/IP

El modo Modbus RTU es la implementación más común, pero el Modbus TCP/IP está ganando terreno y está listo para superarlo. Modbus es un estándar abierto y es un protocolo de red industrial muy utilizado en el entorno de la fabricación industrial. Es un enlace común que ha sido implementado por cientos de proveedores para su integración en miles de dispositivos de fabricación diferentes para transferir E/S discretas/analógicas y datos de registro entre los dispositivos de control. Una comunicación Modbus siempre es iniciada por el nodo maestro al nodo esclavo. Los nodos esclavos nunca transmitirán datos sin recibir una solicitud del nodo maestro ni se comunicarán entre sí. El nodo maestro inicia sólo una transacción MODBUS al mismo tiempo.

El modo Modbus RTU es la implementación más común, usando la codificación binaria y la comprobación de errores CRC. El protocolo RTU es un protocolo binario eficiente en el que cada ocho bits (un byte) de un mensaje contiene dos caracteres hexadecimales de cuatro bits. Cada mensaje debe ser transmitido en un flujo continuo. El formato de cada byte (11 bits) en el modo RTU es: Sistema de codificación: binario de 8 bits, Bits por Byte: 1 bit de inicio, 8 bits de datos, el bit menos significativo enviado primero, 1 bit para completar la paridad, 1 bit de parada. Los paquetes Modbus RTU sólo están destinados a enviar datos; no tienen la capacidad de enviar parámetros, como el nombre del punto, la resolución, las unidades, etc.
El RTU es extremadamente popular para las redes de control industrial, ya que existe desde hace mucho tiempo, y hay mucho hardware y software que lo soporta.

Modbus TCP/IP es básicamente el protocolo Modbus RTU usando la interfaz TCP en una red Ethernet. La estructura de datos Modbus se define utilizando la capa de aplicación usada en el protocolo TCP/IP. El TCP, o protocolo de transporte, se utiliza para garantizar que los datos se reciben y envían correctamente, y el IP es la dirección y la información de enrutamiento.

Esencialmente, el comando Modbus TCP/IP es un comando Modbus RTU incluido en un envoltorio Ethernet TCP/IP. La ventaja de utilizar Modbus TCP/IP es que se utiliza el equipo de red Ethernet existente que está ampliamente disponible y es rentable.

RS-232 & RS-485

RS-485, también conocido como TIA/EIA-485, es una norma que define las características eléctricas de los conductores y receptores para su uso en sistemas de comunicaciones en serie. La señalización eléctrica está equilibrada, y se admiten sistemas multipunto. La norma es publicada conjuntamente por la Asociación de la Industria de las Telecomunicaciones y la Alianza de Industrias Electrónicas (TIA/EIA). Las redes de comunicaciones digitales que aplican la norma pueden utilizarse eficazmente a grandes distancias y en entornos con ruido eléctrico. Se pueden conectar múltiples receptores a esa red en un bus lineal multipunto. Estas características hacen que el RS-485 sea útil en sistemas de control industrial y aplicaciones similares.

Nuestros PLCs basados en Industrial Arduino incluyen el circuito integrado MAX485. El MAX485 es un transceptor de baja potencia y velocidad de giro limitada usado para la comunicación RS-485. Funciona con una sola fuente de alimentación de +5V y la corriente nominal es de 300 μA. Adoptando la comunicación half-duplex para implementar la función de convertir el nivel TTL en el nivel RS-485, puede alcanzar una tasa de transmisión máxima de 2,5Mbps. El transceptor MAX485 extrae la corriente de suministro de entre 120μA y 500μA en las condiciones de descarga o de carga completa cuando el conductor está desactivado.

Configuración del Dip Switch RS-485S

RS-232 (Normativa recomendada 232) es una norma para la transmisión de datos por comunicación en serie. Define formalmente las señales que se conectan entre un DTE (Equipo Terminal de Datos), como un terminal de ordenador, y un DCE (Equipo de Terminación de Circuitos de Datos o Equipo de Comunicación de Datos), como un módem. La norma define las características eléctricas y la sincronización de las señales, el significado de las señales y el tamaño físico y la disposición de los conectores. La versión actual del estándar es la Interfaz TIA-232-F entre un DTE y un DCE que emplea el intercambio de datos binarios en serie. El estándar RS-232 se había utilizado comúnmente en los puertos serie de las computadoras y todavía se utiliza ampliamente en los dispositivos de comunicación industrial.

Nuestros PLCs industriales basados en Arduino incorporan el circuito integrado MAX232. MAX232 convierte las señales del puerto serie TIA-232 (RS-232) en señales adecuadas para su uso en circuitos lógicos digitales compatibles con TTL. El MAX232 es un transmisor/receptor dual que se utiliza para convertir las señales RX, TX, CTS y RTS.

I2C

I2C (Inter-Integrated Circuit), pronunciado I-squared-C, es un bus de computadora sincrónico, multimaestro, multiesclavo, de conmutación de paquetes, de un solo extremo y de serie. Se utiliza ampliamente para conectar circuitos integrados periféricos de baja velocidad a procesadores y microcontroladores en comunicaciones de corta distancia dentro de la placa.

Más tarde, el I2C fue adoptado gradualmente por otros fabricantes hasta que se convirtió en un estándar del mercado. El bus I2C requiere sólo dos cables para su funcionamiento, uno para la señal del reloj (CLK) y el otro para el envío de datos (SDA), lo cual es una ventaja sobre el bus SPI. Por contra, su funcionamiento es un poco más complejo, así como la electrónica necesaria para implementarlo.

GPRS

El Servicio General de Radio por Paquetes (GPRS) es un servicio de comunicación inalámbrica por paquetes que promete velocidades de datos de 56 a 114 Kbps y una conexión continua a la Internet para los usuarios de teléfonos móviles y computadoras. El GPRS se basa en el Sistema Global de Comunicación Móvil (GSM) y complementa los servicios existentes, como las conexiones de teléfonos celulares con conmutación de circuitos y el Servicio de Mensajes Cortos (SMS).

Es un equipo basado en la tecnología de Arduino diseñado para un uso profesional. También contiene varios puertos de comunicación que proporcionan más flexibilidad y control. La familia GPRS/GSM ofrece la posibilidad de expandir hasta 127 módulos a través de I2C, lo que significa que puede tener hasta 7100 Entradas / Salidas en conexiones Maestro-Esclavo, además de sensores, etc.

Los PLCs industriales basados en Arduino con GPRS son ideales para la monitorización remota, registro de datos y acceso remoto, diagnóstico y control, usando mensajes de texto cortos (SMS). Puede ajustar los mensajes para enviarlos desde el dispositivo con contenido estático (texto) o dinámico (texto y valores).