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Tema 4: Buses para instrumentacin
Instrumentacin II
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Instrumentacin II
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TEMA 4: BUSES PARA INSTRUMENTACIN. CONTROL DE INSTRUMENTOS
1- Introduccin2- Bus GPIB. Control de instrumentos
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2- Bus GPIB. Control de instrumentos3- Transmisin serie:
RS-2324- Buses de campo
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1. Introduccin
Dentro de un sistema de instrumentacin y una vez que un
dispositivo digital se ha encargado de adquirir los datos de medida
puede ser necesario transferir esos datos a otro dispositivo.
Tambin puede ser necesario enviar instrucciones al equipo de
medida. Ambos procesos requieren de una transmisin digital de la
informacin.
La transmisin de informacin requiere un canal fsico adecuado
pero tambin de un protocolo que facilite las tareas ms
habituales
1 Sistemas basados en PCs +Tarjetas de adquisicin de datos
Las tarjetas de adquisicin de datos se conectan al bus interno
(generalmente albus de comunicacin de perifricos PCI) del ordenador
a travs de las ranuras deexpansin. El ordenador controla la
transferencia de informacin.
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expansin. El ordenador controla la transferencia de
informacin.
2 Sistemas basados en instrumentos independientes
RS CS TR RD TD CDTALK / DATATALK
RS CS TR RD TD CDTALK / DATATALK
RS CS TR RD TD CDTALK / DATATALK
Se conectan a travs de un bus de instrumentacin GPIB o a travs
de puertos de comunicacin serie: RS232, USB
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3 Sistemas basados en instrumentacin modular
Se conectan a un bus especializado como el VXI o PXI.
1. Introduccin
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4 Sistemas distribuidos
Los elementos de medida (y control) se comunican con un
ordenador central por medio de lo que se conoce como buses de
campo.
Advantech Co. Ltd.
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2. Control de instrumentos: El bus GPIB
El bus GPIB (General Purpose Interface Bus) fue desarrollado en
los aos 60 por Hewlett-Packard con el nombre de HP- IB con el fin
de conectar y controlar sus instrumentos programables. Dadas sus
prestaciones (rapidez y fiabilidad) fue aceptado y definido como un
estndar en 1975: IEEE 488-IEEE Standard Digital Interface for
programmable instrumentation. En 1978, el estndar se modific
ligeramente con el nombre de IEEE-488.1
Posteriormente, en 1987, se defini el estndar 488.2, con el
ttulo de Codes, Formats, Protocols and Common Commands. El
contenido del IEEE-488.2 se centra en el protocolo de software y es
compatible con el 488.1 (protocolo hardware).
En 1990, un grupo de fabricantes de instrumentos extendieron el
488.2 aadiendo un conjunto de comandos comn, lo que se conoce como
Standard Commands for Programmable Instruments, SCPI.
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Programmable Instruments, SCPI.
A: IEEE 488.1B-C: IEEE 488.2D: SCPI
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2. El bus GPIB: Especificaciones fsicas
El bus GPIB es un bus digital de 8 bits-paralelo con
transferencia asncrona. Los niveles de tensin que se utilizan son
TTL con lgica negativa. El conector es de 24 o 25 pines. El bus
consta de 24 lneas (8 lneas de datos, 8 de control y 8 de
tierra).
El bus permite conectar hasta 15 equipos en serie o en estrella.
La distancia mxima entre dos equipos es de 4m y la longitud total
del cable no puede superar los 20m.
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Tipos de dispositivos: Controlador Emisores (Talkers) Receptores
(Listeners) Emisores/Receptores
Cada dispositivo tiene asociada una direccin que es un nmero de
0 a 30.
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2. El bus GPIB: Especificaciones fsicas
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2. El bus GPIB: Especificaciones fsicas
Estructura del bus
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Las lneas de control de transferencia (handshake lines)
coordinan la transferencia de datos por el bus y aseguran que el
mensaje no se emita si el receptor no est preparado o que la
transmisin dure lo suficiente para que sea recibido por el
dispositivo ms lento
Las lneas de mando son lneas de control del bus
La comunicacin entre los dispositivos se lleva a cabo por medio
de mensajes transmitidos por las lneas. Se distinguen dos tipos de
mensajes: Mensajes de dispositivo Mensajes de control del medio:
comandos de la interfaz
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2. El bus GPIB: Especificaciones fsicas
Lneas del bus Datos DIO#
DAV (Data Valid): la controla el emisor e indica que sobre el
bus hay un dato correcto
NRFD (Not Ready For Data): la controla el receptor e indica si
est preparado para recibir datos
NDAC (Nor Data ACcepted): la utilizan los receptores para
indicar si han recibido o no el dato
ATN (ATteNtion): segn su nivel lgico los datos se consideran
mensajes de
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ATN (ATteNtion): segn su nivel lgico los datos se consideran
mensajes de interfaz o mensajes de instrumento
IFC (InterFace Clear): la gobierna el controlador y permite
inicializar el bus a un estado conocido
REN (Remote Enable): la gobierna el controlador y junto con
ciertos comandos permite seleccionar el modo de control local o
remoto de un instrumento
EOI (End Or Identify): puede ser activada por el talker para
indicar el fin de un mensaje
SRQ (Service ReQuest): la activa un instrumento para notificar
al controlador del bus que necesita sus servicios. Cuando la
detecta el controlador, efecta una encuesta para identificar al
instrumento que ha realizado la peticin
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2. El bus GPIB: Especificaciones del estndar 488.2
El protocolo 488.1 permite la comunicacin entre dispositivos
pero no garantiza que los mensajes o comandos sean aceptados y/o
procesados adecuadamente
El protocolo 488.2 especifica una serie de capacidades,
secuencias de control y protocolos que deben estar definidos para
el dispositivo controlador y asimismo una serie de capacidades para
el instrumento Ejemplo: Protocolo Serial Poll Capacidades del
instrumento: SH1 (capacidad total para generar un
handshake), AH1 (capacidad total para aceptarlo), SR1 (capacidad
para generar una peticin de servicio)
Registros de estado del instrumento: La norma 488.2 tambin
especifica una
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Registros de estado del instrumento: La norma 488.2 tambin
especifica una estructura de registros que permiten definir e
intercambiar informacin relativa al estado de un dispositivo:
Standard Event Status Register Status Byte Register
Por ltimo, se definen tambin un conjunto mnimo de comandos de
dispositivo, comunes a todos los dispositivos. Estos comandos
comienzan por el carcter * y cualquier instrumento debe ser capaz
de responder adecuadamente: *IDN?, *CLS, *OPC?...
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2. El bus GPIB: Especificaciones del estndar 488.2
Registros:
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2. El bus GPIB:Especificaciones del estndar 488.2
Comandos de dispositivo comunes:
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2. SCPI (Standard Commands for Programmable Instrumentation)
Se define un modelo o estructura bsica que engloba todas las
posibles funciones de un instrumento
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Los comandos se estructuran de forma jerrquica, con categoras
principales y subcomandos
Ejemplo: SENS:VOL:RAN:AUTO:DIR:EITH
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2. Control de instrumentos
Aunque el estndar SCPI fue desarrollado para el bus GPIB se
trata en realidad de un estndar software independiente del hardware
que se emplee en la comunicacin con el equipo.
Para facilitar la programacin de los distintos instrumentos, un
grupo de fabricantes de instrumentos de Test y Medida
(Rohde&Scharwz, Agilent Technologies, Anritsu, Bustec, National
Instruments, Tektronix and Kikusui) desarrollaron VISA (Virtual
Instrument Software Architecture). Mediante VISA es posible
desarrollar aplicaciones para instrumentacin independientes del
soporte fsico.
El consorcio SCPI se integra actualmente dentro de la IVI
Foundation(Interchangeable Virtual Instrument Foundation), que se
encarga asimismo de
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(Interchangeable Virtual Instrument Foundation), que se encarga
asimismo de mantener el estndar VISA.
Para facilitar la programacin, la fundacin IVI proporciona los
drivers de los diferentes instrumentos.
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2. Control de instrumentos
Tarjetas-GPIB
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2. Control de instrumentos
Adaptadores USB-GPIB
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2. Control de instrumentos
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2. Control de instrumentos
Agilent 53210A 350 MHz RF Frequency Counter, 10 digits/s.
Agilent 53210A Rear Panel
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2. Control de instrumentos
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DMM 7352A Dual Channel Digital Multimeter, Rhode
&Schwarz
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2. Control de instrumentos
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Power Analyzer, Tektronix, PA4000 rear panel, with communication
ports
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3. Transmisin serie: RS-232
El estndar RS-232 fue propuesto en 1969 por la EIA (Electronic
IndustriesAssociation) con el fin de intercambiar datos binarios
entre un dispositivo terminal de datos (DTE) y un dispositivo de
comunicaciones (DCE). Su uso se extendi rpidamente. El estndar se
revis posteriormente con el nombre RS-323-C. La revisin actual es
de 1991 y se denomina EIA/TIA-232-E.
(TIA-TelecommunicationsIndustries Association)
El RS-232 es un enlace serie (bit a bit), punto a punto y
full-duplex. La distancia mxima entre los equipos sin ningn
circuito de ampliacin es de aproximadamente 15m y la velocidad
mxima es del orden de 20kbps.
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Niveles de tensin y niveles lgicos:
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3. Transmisin serie: RS-232
El enlace consta de lneas de datos y de lneas de control. Se
suele utilizar un conector DB25, con 25 pines.
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Si no son necesarias o no se utilizan todas las lneas de
control, es frecuente tambin el uso de un conector DB9
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3. Transmisin serie: RS-232
El control del flujo de datos o Handshaking se puede realizar
por hardware o software Hardware: utilizando las lneas DSR, RTS,
CTS y DTR Software Protocolo XON/XOFF: el receptor controla la
transmisin
mediante el envo de caracteres especiales, XOFF (control-S) para
indicar que no puede recibir ms datos y XON (control-Q) para
reanudar la transmisin
La transmisin es bit a bit, pero lo normal es que el mensaje se
codifique y
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La transmisin es bit a bit, pero lo normal es que el mensaje se
codifique y enve por bloques (por ejemplo: mediante el envo de un
cierto nmero de bytes de cdigo ASCII).
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4. Transmisin serie: RS-485. Buses de Campo
El estndar RS-485 fue establecido en 1983 por la EIA (Electronic
IndustriesAssociation). Actualmente es administrado por la TIA
(TelecommunicationsIndustries Association) y se denomina
TIA-485-A.
El RS-485 es un enlace serie, con transmisin de seales en modo
diferencial, multipunto y half-duplex.
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Permite conectar hasta 32 dispositivos,con velocidades de
transmisin de hasta10Mbps, con distancias de hasta 1200m. Es
adecuada para entornos ruidosos.
Niveles de tensin y niveles lgicos:el 1 lgico corresponde a
tensiones entre-1.5 y -6V y el 0 a tensiones entre +1.5Vy +6V.
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4. Transmisin serie: RS-485. Buses de Campo
El flujo de datos se controla normalmente mediante un protocolo
XON/XOFF
Existen convertidores RS-232 a RS-485, que permiten conectar los
equipos (muchos de los cuales disponen de puertos RS-232) a redes
RS-485.
Las redes basadas en el enlace RS-485 son muy comunes entre las
redes industriales (redes de control) y dan soporte fsico a lo que
se conoce como buses de campo
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4. Buses de campo Con el nombre de redes de control o redes de
dispositivo (device networks) se
denomina a las diferentes soluciones para conectar los elementos
en un sistema de control distribuido, con distintos objetivos,
velocidad y tecnologa. Este tipo de redes industriales presentan
una serie de caractersticas especficas muy diferentes de las redes
de datos: Velocidad de respuesta: se requiere que sean redes
deterministas Prioridades Seguridad Inmunidad al ruido
En general se trata de redes con topologa de bus y de tipo
maestro-esclavo.
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No existe un estndar comn, sino un gran nmero de buses
propietarios de diversos fabricantes. Muchos de esos buses no
especifican el canal fsico. Se pueden clasificar en distintos
niveles: Buses de alta velocidad y baja funcionalidad: Redes o
buses de sensor.
Conectan dispositivos binarios (sensores o actuadores muy
simples). Ejemplo: ASI (Actuator Sensor Interface), CAN
Buses de alta velocidad y funcionalidad media: Buses de
dispositivo (devicebus).Permiten controlar motores, lectores de
cdigo de barras, transmisores de temperatura o presin, Ejemplos:
DeviceNet, Interbus-S.
Buses de altas prestaciones. Ejemplos: Profibus, Fieldbus
Foundation Actualmente se estn desarrollando nuevos buses que
permiten trabajar sobre
Ethernet: EtherCAT, EthernetPOWERLINK, Ethernet/IP
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Principales referencias
*J. Park, S. Mackay, "Practical Data Acquisition for
Instrumentation and Control Systems". Elsevier, 2003.
*M.A. Prez Garca, J.C. lvarez Antn, J.C. Campo Rodrguez, F.J.
Ferrero Martn, G.J. Grillo Ortega, Instrumentacin Electrnica,
International Thomson Editores Spain Paraninfo, 2004
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International Thomson Editores Spain Paraninfo, 2004
