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CAPÍTULO II
MARCO TEÓRICO
En este Capítulo se estudiarán la Fundamentación Teórica, Revisión
de la Literatura, los Términos Básicos y el Sistemas de Variables, tópicos
necesarios para una correcta comprensión por parte del lector. Por otra
parte, estos estudios brindarán un gran apoyo técnico al momento de la
ejecución práctica de la investigación y puesta en marcha de la misma.
1. FUNDAMENTACION TEORICA
En este punto se estudiarán las variables necesarias para una
correcta comprensión, seguimiento y realización del tema a investigar. Para
dar comienzo con el estudio de dichas variables, estas serán nombradas a
continuación: Red de Datos, Sistema de Control, Sistema TDC 3000 y
Sistema UDC 9000.
1.1. RED DATOS
Según Harbeck (1999, p. 1), en la tecnología de información, una
red es una serie de puntos o nodos interconectados por caminos de
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comunicación. Además, estas pueden interconectarse con otras redes y así
contener subredes.
En este mismo orden de ideas, las topologías o configuraciones
generales más comunes de las redes incluyen a las topologías de bus,
estrella y anillo. Sin embargo, las redes también pueden caracterizarse en
términos de la distancia espacial que abarcan como redes de área local
(LAN) o local area network, redes de área metropolitana (MAN) o
metropolitan area network,y redes de área amplia WAN o wide area
network.
Sin embargo, Sheldon (1994), dice que una red consiste en un
sistema de comunicación de datos basado en la interconexión de
dispositivos de procesamiento inteligente e independiente, cuya finalidad
primaria consiste en permitir el uso compartido de los recursos instalados en
la red tales como: disco, impresora, fax, archivo, programa y entre otros, a
través del uso de un protocolo de comunicación común. Entre los
dispositivos que pueden existir en una red tenemos: microcomputadora,
estación de trabajo, servidores, repetidores, tarjetas de interfaz de red,
bridges, enrutadores o routers, pasarelas o gateways, servidores de
impresión, servidores de fax, entre otros. Tales dispositivos pueden estar
ubicados en el mismo espacio físico o puede estar disperso
geográficamente.
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Por otra parte, una red también puede caracterizarse por el tipo de
tecnología de transmisión de datos que se usa en ella, (por ejemplo, una red
TCP/IP o SNA); por si transporta voz, datos o ambas cosas; por quiénes
pueden usar la red (pública o privada); por la naturaleza habitual de sus
conexiones (conexiones de marcado o conmutadas, dedicadas o no
conmutadas, o virtuales); y por los tipos de enlaces físicos que tiene (por
ejemplo, fibra óptica, cable coaxial o hilo de cobre). Las grandes redes
telefónicas y las redes que usan la infraestructura de estas, como Internet,
tienen acuerdos para compartir e intercambiar conexiones con otras
compañías para que puedan crearse redes aún mayores.
Clasificación de las redes:
Las redes se pueden clasificar de acuerdo a varios criterios como
dispersión física de los equipos/nodo de la red, velocidad de transmisión o
topología. No obstante es difícil definir parámetros fijos para establecer una
diferencia en términos de distancia o velocidad ya que la tecnología cambia
constantemente y por ende varían los parámetros. Sin embargo es factible
clasificarlas en forma general en LAN y WAN, tomando como punto de
referencia la funcionalidad de las conexiones.
A continuación de describen las redes de tipo LAN o redes de área
local.
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Redes de área local (LAN):
Se centrará la atención a los sistemas distribuidos cuya área
geográfica está limitada a distancias comprendidas entre unos centenares de
metros a unas decenas de kilómetros. Otra característica que tipifica estos
sistemas es la elevada capacidad de comunicación entre los todos que
constituyen la red y que puede oscilar entre unas decenas de kbps a
decenas de Mbps. Este tipo de redes recibe el nombre genérico de redes
locales.
Se inicia el desarrollo con un análisis de las características típicas de
las redes locales y algunos de los elementos estructurados de las mismas.
Topologías en redes de área local
La forma de interconectar las estaciones de una red local, mediante
un recurso de comunicación, es decir la estructura topológica de la red, es
un parámetro primario que condiciona fuertemente las prestaciones que de
la red pueden obtenerse.
El acierto en la elección de una u otra estructura dependerá de su
adaptación en cada caso al tipo de tráfico que debe cursar y de una
valoración de la importancia relativa de las prestaciones que de la red se
pretende obtener.
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Pueden relacionarse, sin embargo, unos cuantos criterios básicos
que permiten efectuar comparaciones generales entre las topologías.
Estrella:
Todas las estaciones están unidas, mediante medios bidireccionales,
a un módulo o nodo central que efectúa funciones de conmutación.
Al centro de la red de estrella se le llama concentrador. Un
concentrador característico consta de un dispositivo electrónico que acepte
todos los datos de u transmisor y los entrega al destino adecuado.
Árbol:
Es una extensión de la arquitectura en estrella por interconexión de
varias. Permite establecer una jerarquía clasificando a las estaciones en
grupos y niveles según el nodo a que están conectadas y su distancia
jerárquica al nodo central.
De características similares a la red en estrella, reduce la longitud de
los medios de comunicación incrementando el número de nodos. Se adapta
a redes con grandes distancias geográficas y predominancia de tráfico local,
características más propias de una red pública de datos que de una red
privada local.
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Bus:
Los módulos de comunicaciones están conectados (colgados) de un único
medio de comunicación (bus) que recorre todas las estaciones. Al igual que
en la estructura en anillo, no es necesario efectuar encaminamientos.
Mientras allí los mensajes recorrían sucesivamente todas las estaciones
siguiendo el orden de conexión, aquí la topología es de difusión y todas las
estaciones reciben simultáneamente la información.
En aplicaciones a redes locales el control de acceso al medio suele ser
distribuido. Sin embargo, cuando forma parte de una red más compleja, la
conexión suele efectuar sea través de un controlador que gestiona también
el bus y la estructura se denomina multipunto.
Dentro de la topología en bus distinguiremos entre bidireccional y
unidireccional.
Anillos simples y múltiples:
Los módulos de comunicaciones de las estaciones están
interconectados formando un anillo, de forma que todas las informaciones
pasan por todos los módulos que únicamente envían a la estación los
paquetes a ella destinados.
Aunque mediante multiplexación de canales en frecuencia o
transformadores híbridos, el anillo puede estar formado por un único medio
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de comunicación bidireccional, suele recurrirse a dos líneas separadas: una
de transmisión y otra de conexión. La velocidad de transmisión puede ser así
mayor, y el transistor es mucho más sencillo.
En redes centralizadas el anillo incluye un controlador, lo que no es
frecuente en redes locales, donde se prefieren los procedimientos
distribuidos por ser más flexibles.
El flujo que pueden cursar viene limitado por el ancho de banda del
recurso de transmisión. Si él número de estaciones es elevado, el retardo
total puede resultar excesivamente grande para determinadas aplicaciones
en tiempo real, debido al retardo introducido por cada estación. Suelen
utilizarse para conectar sistemas informáticos de capacidad media y alta,
especialmente si están bastante separados geográficamente (decenas de
kilómetros).
La relación coste-modularidad es buena así como la flexibilidad para
incrementar el número de estaciones. La aparición de un fallo en el medio
de comunicación bloquea totalmente la red sin posibilidad de
reconfiguración. Para aminorar este problema se han estudiado y construido
redes locales con dos o más anillos. La red DDLCN (Double Distributed Loop
Computer Netvvork) desarrollada por M. Liú en la Universidad del Estado de
Ohio, es un ejemplo de topología en doble anillo.
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Por el mismo motivo son muy sensibles a averías en los módulos de
comunicaciones (interfaces) de las estaciones, aunque no a las averías en la
propia estación si no condiciona la capacidad retransmisora de la interfaz al
anillo.
Al instalar una red en anillo suele dotarse de concentradores de
conexiones lo que permite aislar y recuperar con rapidez las averías,
cortocircuitando y separando el bucle averiado del resto.
Métodos de acceso
TDMA:
Es una técnica de acceso múltiple común empleada con sistemas
celulares digitales. Divide canales de radio conversacional en las hendeduras
de tiempo para obtener una capacidad más alta. Sus normas incluyen
Sistema Celular, Global Digital norteamericano para GSM (Comunicaciones
Móviles), y PDC (personal Digital Celular). Sin embargo, cada uno de estos
sistemas lleva a cabo TDMA de una manera algo diferente e incompatible.
Como con FDMA, ninguna otra conversación puede acceder a un canal
TDMA ocupado hasta que el mismo canal se encuentre vacante. TDMA se
especifico primero como una norma en EIA/TIA Interim Standard 54 (IS-54).
IS-136 es una versión evolucionada de IS-54, la cual es la norma TDMA en
los Estados Unidos para celulares (850 MHz) y PCS (1.9 GHz). TDMA
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también se usa para las Telecomunicaciones Inalámbricas Reforzadas
Digitales (DECT).
FDMA:
Este divide los canales de radio en un rango de frecuencias de radio
y se usa en el sistema celular analógico tradicional. FDMA es una tecnología
básica en el Servicio del Teléfono Móvil Avanzado analógico (AMPS), la más
extensa red de teléfonos celulares instalada en la América del norte. Con
FDMA a un solo subscriptor se le asigna un canal en un momento, otras
conversaciones solo pueden acceder a este canal después de que la llamada
del subscriptor ha terminado o después de que la llamada original se pasa a
un canal diferente por el sistema. Las normas de celulares FDMA incluyen:
AMPS (Servicio del Teléfono Móvil Avanzado) y TACS.
El servicio del D-AMPS (Servicio del Teléfono Móvil Avanzado -
Digital) también agrega TDMA para conseguir tres canales para cada FDMA
triplicando él numero de llamadas que pueden manejarse en uno solo.
CSMA/CA:
En este tipo de protocolo, cuando una estación va a enviar un
bloque de datos comprueba que la línea esta libre y cuando verifica que lo
esta, indica que tiene intención de transmitir.
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Si hay varias que se tienen en cuenta la prioridad de la estación y el
orden en que ha indicado que desea transferir; por tanto, primero entre las
que tienen la máxima prioridad y no la que lo haya solicitado primero si
tiene una prioridad baja.
CSMA/CD:
El método de acceso al medio por CSMA/CD es aplicable en medios
broadcast y sobresalen, como principales características, su elevada eficacia
(sobre todo en utilizaciones medias y bajas), la flexibilidad de conexión y
facilidad de añadir o quitar estaciones en la red bajo retardo (aunque no
acotable determinísticamente) y la ausencia de establecimientos físicos o
lógicos al conectarse en red una estación.
Los medios y adaptadores al medio deben tener capacidad de
detectar actividad (CS) y colisiones (CD). Cuando una estación desea
transmitir un mensaje observa si el medio esta o no utilizado (CS). Si está
utilizado no transmite su mensaje. Si el medio no está utilizado (CS=0) inicia
la transmisión (1 persistencia). Si ninguna otra estación deseaba transmitir
mensajes, la operación de acceso queda completada y el medio queda en
poder de la estación hasta finalizar. Si otras estaciones estaban también
(igual a ella) a la espera de transmisión, aparece una contención que vendrá
reflejada por un acceso simultáneo y una detección de colisión en el medio,
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en cuyo caso las estaciones en colisión deberán resolver la contención. Una
técnica usual y eficaz de resolución de la contención (resolución estadística)
consiste en que las estaciones en colisión esperan para reintentar otra
transmisión un tiempo aleatorio (back off time), así de esta manera se
evitan problemas de contención continua.
Las siguientes son técnicas de selección que hacen uso de una
palabra clave o testigo (token) para establecer los turnos en el uso del canal
de comunicación; entre las más usadas se encuentran:
TOKEN RING:
Las redes que utilizan topología de anillo conectan las computadoras
en ciclo. Casi todas logran valerse de un mecanismo de acceso llamado
pase de ficha. Una Token Ring opera como un solo medio compartido.
Cuando una computadora necesita enviar datos, debe esperar permiso antes
de accesar a la red. Una vez obtenido el permiso, el transmisor tiene el
control completo del anillo. Cuando el transmisor envía un cuadro, los bits
pasan sucesivamente a las siguientes computadoras, hasta que dan la vuelta
al anillo y regresan al transmisor.
Todas las estaciones reenvían los bits por el anillo. Por lo tanto para
comprobar que no han ocurrido errores de transmisión, el transmisor puede
comparar los datos recibidos con los enviados. Las demás estaciones vigilan
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todas las transmisiones. Si un cuadro esta destinado a una computadora
dada, este debe hacer una copia del cuadro al ir pasando los bits por el
anillo.
TOKEN PASSING:
Este protocolo hace circular continuamente un grupo de bits
(testigo) por la red. Este testigo esta formado por una cabecera, un campo
de datos y un campo final.
Cuando una estación quiere transmitir ha de esperar que llegue
hasta ella el testigo vacío. En este momento le añade unos datos, quedando
el testigo formado por:
• Nivel de transporte: asegura la transferencia de información.
• Nivel de sesión: organiza las funciones que permiten que usuarios se
comuniquen.
• Nivel de presentación: traduce la información del formato de la
maquina a uno entendible por el usuario.
• Nivel de aplicación: Se encarga del intercambio de información entre
los usuarios y el sistema operativo
CABECERA CAMPO DE DATOS CAMPO FINAL
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Dispositivos que conforman una red LAN:
a) Tarjeta Interfaz de Red (NIC): Son adaptadores colocados en un
computador para tener un punto de conexión a la red, suelen ser diseñadas
para cada tipo de red (Ethernet, Token Ring, FDDI, ARCNET, etc.). Estas
tarjetas operan al nivel de capa física del modelo de referencia de protocolos
OSI (Open System Interconnetion), suministran un acoplamiento entre los
diversos tipos de cable (coaxial, fibra óptica, par trenzado), y además, todos
los nodos deben tener instalada una de ellas. Los protocolos del nivel físico
caracterizan las NICs, ya que determinan las especificaciones mecánicas,
como los métodos de conexión física a la red, y las especificaciones
eléctricas de las mismas: Formas de transmisión de flujos de bits por el
cable y señales de control que coordinan la transferencia de datos a lo largo
de la misma. Para transmitir los datos, primeramente se establecen los
parámetros de comunicación como la velocidad de transmisión, tamaño de
los paquetes y de los buffers, y parámetros de tiempo muerto, y luego de
este proceso comienza la transferencia de datos.
b) Servidores de Red: Generalmente, son computadoras dedicadas que
corren programas en red para prestar servicios a la cantidad de peticiones
originadas por el software del cliente, ejecutado en cualquier otro
computador que esté conectado a la red. Algunos de los servicios que
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ofrecen los servidores son permitir que todos los usuarios transmitan datos
(archivos) o accedan a alguna información que esté disponible en sistemas y
redes localizadas en sitios remotos, a través de los enlaces de comunicación;
almacenar datos estructurados o información orientada a objetos accedidos
generalmente mediante según software del cliente, y suelen ser máquinas
de alto rendimiento que ejecutan la mayor parte del procesamiento de los
datos, de hecho, la arquitectura y lenguajes de consulta estructurado (SQL
Structured Query Language), empleados para entrar a un sistema gestor de
base de datos de un servidor, tiene sus orígenes en las computadoras
centrales; manejar el tráfico de mensajes y de los buzones de los usuarios,
servir de “gateway” y traductor para hacer posible el intercambio de
mensajes entre distintos tipos de sistemas de correo electrónico; admitir el
acceso a las impresoras conectadas a la red, por parte de los usuarios y de
procesar todos los trabajos de impresión mediante un sistema de colas de
impresión; y permitir el acceso a los recursos y demás usuarios conectados
a la red ya que contiene información de todos los usuarios, recursos y
servidores de algún grupo de redes almacenada en una base de datos.
c) Clientes de Red: Son procesos o programas que usan los servicios
proporcionados por la red mediante los programas servidores.
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d) Sistema Operativo de Red: Es el conjunto de programas convencionales
encargados de administrar y controlar todos los recursos de la computadora,
como memoria, discos, usuarios, entre otros, y los módulos necesarios para
llevar a cabo la comunicación entre el servidor y sus clientes. Los más
empleados en entornos de red son: UNIX, Windows NT y NetWare.
e) Equipos de Red: Son los dispositivos que proporcionan los servicios de
conmutación, conversión y conexión dentro de las redes telemática. Entre
ellos podemos mencionar:
e-1) Repetidores (repeaters): Es aquel dispositivo agregado para reforzar los
niveles de la señal transmitida a lo largo del cable, para poder extender la
amplitud de la red. Ellos no modifican la señal, sólo la amplifican para
retransmitirla a otro segmento de cable desplegado. Además, son utilizados
en sistemas de cable lineales y operan al nivel de la capa física del modelo
de referencia OSI. Al interconectar dos segmentos de red a través de un
repetidor, obtenemos un solo segmento de red y por lo tanto se restringe el
ancho de banda, que genera congestión rápida y más colisiones.
e-2) Concentradores (hubs): Son equipos que centralizan la conexión de los
cables procedentes de las estaciones de trabajo. Los hay pasivos o
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simplemente paneles de distribución que no requieren conexión eléctrica y
disponen de pocos puertos para la conexión de las estaciones de trabajo en
configuración estrella: y activos o aquellos que disponen de más puertos
que los pasivos, y reciben señales de una estación de trabajo y las
retransmiten fielmente a otra, por lo que requieren alimentación eléctrica.
Los concentradores tienen la capacidad de recolectar automática la
información en la red y proporcionan utilidades tolerantes a fallos para
mantener el funcionamiento del sistema de cableado.
e-3) Puentes (bridges): Son dispositivos que poseen dos o mas puertos que
unen segmentos de red, interconectan redes iguales o distintas permitiendo
el envío de paquetes entre ellas, y trabajan hasta el nivel de la capa de
enlace en el modelo OSI. También se pueden utilizar para segmentar una
red muy activa en dos segmentos o más, para reducir posibles
embotellamientos, filtrando las emisiones entre las redes, permitiendo el
paso por el puente del tráfico esencial al determinar a qué segmento de la
red pertenece el paquete de datos. Los bridges pueden ser equipos
autónomos o creados en los servidores a través de la instalación de la
instalación de una o más tarjetas interfaz de red y el software apropiado.
De esta forma, cada segmento de red o de la LAN conectado por un puente
posee un número de red distinto. Estos dispositivos poseen unas tablas que
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contienen las direcciones MAC (Medium Acces Control) de las máquinas que
están en los segmentos conectados a ellos, para determinar si un paquete
es destinado a una máquina en el mismo segmento o en otro segmento de
red.
e-4) Conmutadores (Switches): Son equipos que proporcionan conexiones
lógicas entre las diversas estaciones de trabajo conectadas a la red. Ellos
contienen una tabla con todas las máquinas conectadas al mismo, para así
relacionar las direcciones lógicas con el puerto correspondiente a cada una
de ellas. Cuando una trama (frame) atraviesa el switch, él lee la dirección
MAC destino de la trama y la compara con la lista de dirección registradas
en la tabla, para determinar el puerto correspondiente al cual debe enviar la
información. Si una frame con destino desconocido llega a un switch, éste
la envía a todos los segmentos de red conectados a él, lo que ocasiona una
inundación de la red. Así, los parámetros que definen los switches son el
número total de máquinas por puerto y que la velocidad máxima soportada
internamente para conectar un puerto con otro, es la velocidad de
conmutación. Como el switch proporciona un ancho de banda casi dedicado
a cada estación, las redes conectadas mediante estos dispositivos son
rápidas y eficientes. Para incrementar la rapidez aún más se están
fabricando switches con puertos de 10 y 100 Mbps, de tal forma de conectar
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servidores o enrutadores a los puertos de 100 Mbps y conectar las
estaciones de trabajo a los de 10 Mbps. Sin embargo, su costo es
significativamente más elevado que el de un concentrador.
e-5) Enrutadores (routers): Son conmutadores de paquetes que operan al
nivel de la capa de red en el modelo OSI, interconectan LANs, y WANs, y en
caso de existir más de una ruta entre dos puntos finales de red
proporcionan control de tráfico dirigiendo los paquetes a través de las rutas
más eficientes o económicas dentro de la malla de red, que tienen caminos
redundantes a un mismo destino. El enrutador examina la información que
le llega y por la dirección destino de los paquetes, estos son enviados por
una ruta determinada. También en su tabla poseen información de los otros
enrutadores adyacentes y de las LANs comprendidas en la red. Así, cuando
un paquete es recibido por este dispositivo, el enrutador revisa su tabla para
enviarlo directamente, si no, determina la ubicación del encaminador más
cercano para que éste pueda enviarlo a su destino. Además, los
enrutadores segmentan una red en otras para que se direccionen por
separado, y cada segmento posee su número especifico así como cada
estación de trabajo, su propia dirección.
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e-6) “Backbone”: Son estructuras que permiten conectar todos los
segmentos de res como una única red. Sus características son:
Transmisión de frames a otros segmentos sólo cuando es necesario, y ésta
es lo suficientemente rápida para que otro usuario pueda utilizarlo sin
esperar mucho tiempo.
e-7) Pasarelas (gateways): Son computadoras u otros equipos destinados a
ser traductores entre dos sistemas que no emplean los mismos protocolos
de comunicación, formatos de estructura de datos, lenguajes y/o
arquitecturas. También, modifican el empaquetamiento de la información o
su sintaxis para convertirla al sistema destino.
Redes de área extensa ( WAN):
Básicamente, cuando dos redes locales se conectan a través de un
enlace remoto de baja velocidad (hasta 4 Mbps) forman una WAN. La
velocidad depende del medio de comunicación y la capacidad del enrutador
o el bridge.
Protocolos de la WAN:
IBM-SDLC ISO-HDLC CCITT-LAPB
CCITT-LAPD SLIP PPP
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• Capas de enlace y capas de red.
• Generalmente red punto a punto.
• Enlaces remotos de baja velocidad.
• En la comunicación solo intervienen dos nodos.
Dispositivos que conforman una red WAN:
Equipos de conmutación: Consiste de un enrutador con uno o más
puertos seriales para la conexión con redes remotas y puertos ethernet,
Token Ring o FDDI para la conexión a redes locales. El enrutador puede ser
parte de un equipo de multiplexación de canales para transmisión de voz,
datos y video como el IDNX. En tal caso el enrutador consiste en una tarjeta
que utiliza los servicios troncales provisto por el multiplexor. Los enrutadores
emplean protocolos WAN como HDLC,PPP o SDLC.
Canal de transmisión: El canal de transmisión puede consistir de
líneas físicas (pares telefónicos, fibra óptica monomodo, cable coaxial, etc.),
canal de microondas o enlace satelital.
Módem: La función de un módem es transmitir señales digitales
sobre un canal de transmisión analógico cuyo ancho de banda es limitado y
convertir las señales analógicas recibidas a señales digitales
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(modulación/demodulación). La modulación consiste en producir variaciones
en las propiedades eléctricas de una señal (amplitud, frecuencia y fase) para
representar la información digital. Algunos esquemas de modulación
empleados son:
1. AM : Amplitud de modulación
2. FM : frecuency modulation
3. DPSK : Phase modulation
4. QAM : Phase & amplitude modulation
Los parámetros de configuración están asociados al tipo de
transmisión (síncrona o asíncrona), flujo de datos (half-duplex o full-duplex)
y la velocidad de transmisión.
CSU/DSU:
Channel-Service-Unit/Digital-Service-Unit. Es el equipo empleado cuando el
canal de transmisión es digital y se dispone de una portadora banda-base T1
o E1. El CSU regenera las señales recibidas de la red y las entrega al DSU,
provee mecanismos para efectuar pruebas de “loopback” y monitorea la
línea para detectar violaciones bipolares, violaciones en la densidad de bits o
pérdidas de señal. El DSU convierte las señales generadas por interfaces
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síncronas (V.35, RS-449, RS-232C) a señales T1 o E1 y aplica en la señal las
reglas definidas en cuanto a densidad de bits y formato bipolar a emplear.
Algunos CSU/DSU′s proveen facilidades de configuración remota y conexión
a red local.
Protocolo de comunicación:
Schwartz (1994, p. 13) lo define “como una convención estándar de
dirección de comunicación inteligente para el establecimiento de una
conversación”. Partiendo de esto se puede establecer que para lograr
dichas conversación son necesarias funciones específicas en cada extremo
transmisor. En esencia, los datos presentados a los usuarios deben tener un
formato claro y eficiente para su correcta comprensión.
Modelo de Referencia ISO
Un modelo de red, define las funciones, formato, interfaces y
protocolos básicos para permitir el intercambio de información. La
implementación de una red está dada por un conjunto de productos
construidos de acuerdo con las especificaciones de un modelo.
El modelo ISO-OSI sirve como marco de referencia para reducir la
complejidad implícita en el estudio y diseño de las redes (LAN/WAN). El
proceso de comunicación se describe como una jerarquía de siete capas o
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niveles. Cada capa tiene un propósito bien definido: Brindar servicio de red
a la capa superior, utilizando los servicios que le brinda la capa inferior. La
capa n de un nodo establece una comunicación virtual con la capa n de otro
nodo.
ü Capa Transporte
a. Regulación de flujo de mensaje.
b. Retransmisión de paquete.
c. Estándares TCP, SPX.
d. Unidad transmisión: mensaje.
ü Capa de Sesión
a. Establecimiento y terminación de sesiones de comunicación.
ü Capa de Presentación
a. Funciones de formato y convención de código.
b. Representación de números enteros y reales.
c. Diferencia entre sistema de archivo.
ü Capa de Aplicación
a. Conjunto de aplicación de red.
b. Emulación terminal, transferencia de archivo, entre otros.
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ü Capa de Enlace
a. Control de acceso al canal.
b. Divide paquetes recibidos de la capa superior en grupos de
bits.
c. Mecanismo para detención y corrección de errores.
d. Unidad de transmisión: FRAME.
ü Capa de Red
a. Enrutamiento de paquete en la red.
b. Canal libre de errores a la capa de transporte.
c. Estándares: IP,IPX,VTAM.
d. Unidad de transmisión: PACKET.
ü Capa Física
a.Transmisión de bits sobre el canal de comunicación
b.Estándares: RS-232C, RS-449, V.4,V.25
c. Unidad de transmisión: BIT
En general los servicios provistos por una capa pueden clasificarse
en dos grupos:
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Servicio orientado a conexión: La comunicación se lleva a cabo a través del
establecimiento de un circuito virtual permanente (sesión) entre dos nodos.
Como consecuencia presenta las siguientes características:
a. Utiliza técnicas de corrección y detección de errores (Hand-
shaking) para garantizar la transmisión. Esto implica mayor
utilización de ancho de banda.
b. Cada mensaje se recibe en el mismo orden que se envío.
Servicio no orientado a conexiones: no se establece circuito alguno entre los
nodos de la red.
a. Cada mensaje puede ser enrutado independientemente.
b. No se garantiza que los mensajes lleguen en el mismo orden en
que son enviados.
c. Requieren menos ancho de banda debido a que no utiliza técnicas
para detectar y corregir errores.
Diferencia entre ISO y TCP/IP:
ISO:
• Reduce complejidad implícita en el diseño de las comunicaciones.
• Cada capa proporciona servicio a la capa superior.
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TCP/IP:
• Comunicación virtual entre capas.
• Familia de protocolos diseñados con una motivación fundamental:
interoperabilidad entre diferentes ambientes de computación.
• Red heterogénea-multivendedor.
Otra variable que se estudiará, debido a que es de gran importancia
para la fundamentación teórica, es Sistema de Control y esta se describe a
continuación:
1.2. SISTEMA DE CONTROL
Es aquel que se encarga de controlar y supervisar la correcta
ejecución o producción de un proceso. También se puede llamar Sistema de
Control, al conjunto de elementos que conforman y mantienen la
administración de cualquier proceso. Estos elementos pueden ser de tipo:
digital, como computadoras, PLCs, paneles de control, entre otros, y
análogos, como válvulas de control, medidores de temperatura,
transmisores de medición y el ser humano, entre otros.
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Para comprender mejor el concepto anteriormente descrito, se tomó
en consideración lo expuesto por DiStefano (1995), quien dice, que un
Sistema de Control, es aquel en donde existe un ordenamiento de
componentes físicos unidos o relacionados de tal manera que mandan,
dirigen o regulan al mismo sistema o a otro.
En cambio para Nise Norman (1996), un Sistema de Control consiste
en subsistemas ensamblados con el propósito de controlar la salida de un
proceso, en conclusión se puede decir, que un Sistema de Control provee
una respuesta de salida que es consecuencia de una entrada o estímulo
recibido en la entrada.
En la Figura N° 1 se muestra un ejemplo simple de un Sistema de
Control Básico:
Figura N° 1: Sistema de Control básico.
FUENTE: Control System Engineering, Nise Norman.
Es importante señalar que existen diferentes tipos de Sistemas de
Control, los cuales se pueden clasificar de la siguiente manera:
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Sistema de Control de Lazo Abierto: Son sistemas en los que la salida
no tiene efecto sobre la acción de control. Es decir, su salida ni se mide ni
se realimenta para comparación con la entrada. DiStefano, lo define como
aquel sistema en el cual la acción de control es independiente de la salida,
como se muestra en la Figura N° 2.
Figura N° 2: Sistema de Control de Lazo Abierto.
FUENTE: Ingeniería de Control Moderna, Ogata Katsuhiko.
En un Sistema de Control de Lazo Abierto cualquiera, no se compara
la salida con la entrada de referencia, por tanto, para cada entrada de
referencia corresponde una condición de operación fijada, así, la exactitud
del sistema depende solamente de la calibración, es por esta razón que
estos sistemas deben ser cuidadosamente calibrados para que sean útiles.
Estos sistemas, en presencia de perturbaciones no cumplen la
función asignada a ellos ya que los mismos pueden ocasionar cambios en la
señal de salida y estos no son capaces de corregirse por sí mismos, debido a
que ella no es comparada con la señal de entrada para realizar el ajuste
necesario y así eliminar el efecto de la perturbación. Es por esta razón, que
en la práctica, sólo se puede usar el control de lazo abierto si la relación
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entre la entrada y la salida es conocida y si no hay perturbaciones internas
ni externas. En conclusión podemos decir, que cualquier sistema de control
que funcione sobre una base tiempos es de lazo abierto, un ejemplo de ello
es el control del tráfico por señales actuadas en función de tiempos.
Sistemas de Control de Lazo Cerrado o Realimentado: Es aquel en el
cual la señal de salida tiene efecto directo sobre la acción de control y la
señal de error actuante (diferencia entre la señal de entrada y la de
realimentación), entra al detector con la finalidad de reducir el error y llevar
la salida del sistema al valor deseado. En otras palabras, el término «lazo
cerrado» implica el uso de acción de realimentación para reducir el error del
sistema.
DiStefano define como Sistema de Control de Lazo Cerrado, al
conjunto de elementos en el cual la acción de control depende de alguna
manera de la salida. Sin embargo, para el autor Nise Norman, dicho sistema
es aquel que tiene la facilidad de corregir las perturbaciones de las cuales él
puede verse afectado.
La Figura N° 3. muestra la relación entrada-salida de un sistema de
control de lazo cerrado.
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Figura N° 3: Sistema de Control de Lazo Cerrado.
FUENTE: Ingeniería de Control Moderna, Ogata Katsuiko, 1995
Para ilustrar el concepto de Sistema de Control de Lazo Cerrado, se
considera el sistema térmico de la Figura N° 4.
Aquí actúa un ser humano como controlador. Su intención es
mantener la temperatura del agua caliente a un valor determinado. El
termómetro instalado en la tubería de salida del agua caliente indica la
temperatura efectiva, esta temperatura es la salida del sistema. Si el
operador observa el termómetro y descubre que la temperatura es superior
a la deseada, reduce la entrada de vapor para disminuir el valor de dicha
temperatura. Es posible que esta llegue ahora a ser excesivamente baja, en
cuyo caso hará falta repetir la secuencia de operaciones en sentido
contrario, esta acción de control está basada en la operación en lazo
cerrado.
42
Figura N° 4: Sistema de Control de Lazo Cerrado Manual.
FUENTE: Ingeniería de Control Moderna, Ogata Katsuiko, 1995.
La realimentación de la salida (temperatura del agua), es comparada
con la entrada de referencia, y como la acción de control es responsabilidad
del operador se dice que es un Sistema de Control de Lazo Cerrado y se
puede denominar Control de Realimentación Manual, ya que éste debe estar
al tanto de la salida (temperatura del agua) para tomar las medidas
necesarias y mantener la temperatura en el nivel deseado.
El ejemplo anterior trata sobre el control de realimentación manual,
pero parte del proceso puede ser automatizado solo con la adición de un
controlador automático a cambio del operador humano. Dicho controlador,
43
puede ser un medidor automático de temperatura como muestra la Figura
N° 5.
Figura N° 5: Sistema de Control de Lazo Cerrado Automático.
FUENTE: Ingeniería de Control Moderna, Ogata Katsuiko. 1995.
Al realizar dicho cambio el Sistema de Control Manual pasa a ser
Automático debido a que la salida, que es la temperatura efectiva del agua
caliente detectada por el dispositivo de medición de temperatura, es
comparada con la deseada que ha sido configurada anteriormente, y así
generar una señal de error que actúe como correctivo, es entonces cuando
la señal de error producida en el controlador automático es amplificada y la
salida del controlador es enviada a la válvula de control para modificar la
44
apertura de la válvula de suministro de vapor para corregir la temperatura
que toma el agua. Si no hay error, no hace falta modificar la apertura de la
válvula.
Los sistemas con realimentación manual y automática citados
anteriormente operan en forma similar, es decir, los ojos del operador
constituyen el análogo del dispositivo de medición de error; su mente, la del
controlador automático y sus músculos los del análogo del elemento
actuante, pero el control de un sistema complejo por un operador humano
no es eficaz, por las muchas interrelaciones entre las diversas variables.
Ogata Katsuiko (1995), dice, que aún en un sistema simple, un detector
automático elimina cualquier error humano de operación, por tal motivo si
se necesita control de alta precisión, este debe ser automático.
Sistema de Control Adaptado: Las características dinámicas de la
mayoría de los sistemas de control no son constantes por diversas razones,
las cuales pueden ser: el deterioro de los componentes al transcurrir el
tiempo o las modificaciones en parámetros o en el medio, entre otros.
Aunque en un sistema de control realimentado se atenúan los efectos de
pequeños cambios en las características dinámicas, si las modificaciones en
los parámetros del sistema y en el medio son significativas, el sistema debe
tener la capacidad de adaptarse a dichos cambios para ser satisfactorio, lo
45
que quiere decir, que el sistema debe tener la capacidad de autoajustarse o
automodificarse de acuerdo con las variaciones o cambios impredecibles del
medio o estructura.
Ogata señala, que en un sistema de control adaptado, las
características dinámicas deben estar identificadas en todo momento de
manera que los parámetros de control o detección puedan ajustarse para
mantener el funcionamiento óptimo.
También se puede acotar que un Sistema de Control Adaptado,
además de autoajustarse a los cambios ambientales, también lo hace ante
moderados errores de proyecto de ingeniería o incertidumbre y compensa la
eventual falla de componentes menores del sistema, aumentando por tanto,
la confiabilidad de todo el sistema.
Sistema de Control con Aprendizaje: Muchos Sistemas de Control que
aparentemente son de lazo abierto pueden ser convertidos a sistemas de
control de lazo cerrado si se considera un detector o control humano que
compara la entrada y la salida y realiza las acciones correctivas basadas en
la diferencia resultante, o error.
Si intentamos analizar los Sistemas de Control de Lazo Cerrado con
operación humana, encontramos el difícil problema de escribir ecuaciones
que describan el comportamiento de un ser humano. En este caso uno de
46
los muchos factores que lo complican es la capacidad de aprender del
operador humano, pero hay que tomar en cuenta que este a medida que va
adquiriendo experiencia, se convierte en un mejor elemento de control, y
esto es lo suficientemente importante como para ser tomado en cuenta en
el momento de la utilización de un Sistema con Aprendizaje.
Luego de concluir el estudio de los tipos de Sistemas de Control más
generalizados, se detallarán dos de los Sistemas de Control más
especializados. Dichos sistemas son comúnmente utilizados por las
empresas que tienen en su haber un gran número de procesos con un grado
de complejidad avanzado. Estos, son el Sistema de Control Distribuido o
Distribuited Control System (DCS), y el Control Supervisorio y Adquisición de
Datos o Supervisory Control and Data Adquisition (SCADA):
Sistema de Control Distribuido: Es un sistema en el cual las unidades
de control y procesamiento de datos se encuentran distribuidos a través de
una red. También se puede decir que el Sistema de Control Distribuido
(DCS), es capaz de interconectar equipos de instrumentación de campo y
otros dispositivos tales como PLCs, computadoras de supervisión y
optimización, entre otros, mediante la utilización de sistemas de interfases.
El DCS puede ser la única interfase entre el proceso y el operador de una
base de datos sencilla, además de proveer seguridad, control continuo bajo
47
todo tipo de condiciones y es capaz de desarrollar el monitoreo, control y
secuencia de una planta asignada al mismo.
DCS consta de un diseño modular con lo último en hardware y
software disponible para el control, consistiendo en consolas de operación
con Cortes, dispositivos de proceso de entrada/salida (I/O), controladores
electrónicos, multiplexores, dispositivos de almacenamiento, sistema de
comunicación, y señales condicionadas para comprobar todos los
componentes del sistema mediante el diagnóstico en línea y fuera de línea.
El diseño de una estrategia de control para un DCS puede incluir
lazos simples de control de flujo, nivel, presión, temperatura, entre otros, y
cada uno de los puntos de ajuste (set point) de dichos lazos deben tener la
opción de ser reajustables de acuerdo a balances de masa, energía o
cálculos de modelos dinámicos.
El DCS es capaz de permitir la adición y/o remoción de unidades de
control adicionales o dispositivos y poseer la suficiente integridad y
tolerancia de error para que una simple falla de uno de sus componentes o
dispositivos no cause la pérdida de la operatibilidad de más de un lazo.
Cualquier falla del sistema, debe llevar al proceso a estado de falla segura,
esto incluye la remoción de cualquiera de sus módulos y/o fallas de cables.
Los lazos de control, gráficas mostradas en pantallas, reportes,
secuencias, entre otros, son fácilmente modificables. Además de esto el
48
sistema debe estar diseñado para una máxima disponibilidad, seguridad, e
integridad de un 99.99% o más, en los modos de falla segura y falla
peligrosa.
Por otra parte, la comunicación entre la interfase del equipo de
proceso y las consolas de operación, se realiza a través de una conexión de
comunicación digital. El sistema de comunicación, consta de facilidades
para realizar pruebas de sí mismo automáticamente e incluir una segunda
conexión totalmente redundante, que automáticamente será contactada
para colocarse en servicio justo cuando la primera se reporte en estado de
falla. La puesta en marcha de la conexión primaria se realiza de modo
manual por medio de una llave o la entrada de una clave.
Sistema de Control Supervisorio y Adquisición de Datos: Se define
como un sistema computarizado el cual monitorea o supervisa, plantas y
equipos localizados en sitios remotos, expandidos geográficamente, o que
en general no resulte práctica la visita regular por parte del personal,
suministrando información relevante para una mejor supervisión y control
sobre el proceso por un operador en una localización central.
En la Figura N° 6 se aprecia un ejemplo de un Sistema de
Supervisión y Adquisición de Datos (SCADA), en este sistema se describen
un número de unidades terminales remotas (RTU) instaladas en las
49
cercanías del proceso de producción que se comunica con una unidad
terminal maestra (MTU) localizada en una sala de control central. Este tipo
de topología permite a los supervisores de procesos observar el
desenvolvimiento de ellos sin tener que estar en el lugar donde ocurren.
PT PT
M
PTFT
T T
Sistema de MediciónPanel de ControlLocal
U n i d a d T e r m i n a l R e m o t a
R T U
AI DI AO DO
Estación Maestrade Respaldo
E s t a c i ó n M a e s t r a
P r i n c i p a l
Impresor de alarmasy reportes
ComputadorProcesadorde Datos
PantallaLocal
Impresor
Consola deOperador
1. Instrumentación
2. Control Local:Control de Secuencia.Reporte de AlarmasMedición
3. Monitoreo Remoto y Control (SCADA):Alarmas/Señales de Estado.Control/Puntos de Consigna.Reportes.Contabilización.Inventario/Control de Lotes.
4. Procesamiento de Datos:Manejo de Información.Contabilización.Manejo de Inventario.
Figura N° 6: Configuración básica de un Sistema SCADA FUENTE: Guerrero, Hector. 2000.
Funciones de un SCADA:
Las funciones de un sistema SCADA son:
Supervisoria: Consiste en la revisión continua de las variables de proceso,
tales como: presión, flujo, nivel, temperatura, entre otras, y la indicación de
cambios de condiciones o estados, eventos, alarmas, y paros en los equipos
50
del proceso. Esta función sirve de soporte al operador de la sala de control,
en el momento de la toma de decisiones.
Control: Mediante esta función el sistema SCADA, conjuntamente con el
operador, efectúan el control del proceso de la planta. El control puede ser
automático o manual. En el primer caso, el computador de la unidad
maestra (MTU, Master Terminal Unit), o el microprocesador de la unidad
remota (RTU, Remote Terminal Unit), tomará la acción de efectuar cambios
en la operación de un equipo o proceso en particular, de acuerdo al
contenido de un programa o algoritmo preestablecido para la operación
óptima del proceso o equipo. En el caso de control manual, el computador
de la MTU o el microprocesador de la RTU ejecutará la acción que, en forma
manual, introduzca el operador en la sala de control.
Adquisición de datos: Mediante esta función el sistema SCADA se encarga
de recolectar la información procedente del campo a intervalos
predeterminados de tiempo. Esta información es procesada en primer lugar
por el RTU, luego es convertida en una señal digital y enviada por un
módem para finalmente ser recibida y entendida por el computador maestro
MTU y así poder tomar decisiones en cuanto a supervisión se refiere. Todos
los procedimientos son manejados a través de un software del sistema y la
51
información arrojada por el computador central se podría reflejar en
periféricos de la unidad maestra.
Dentro de las variables comprendidas en la investigación se
encuentran el Sistema de Control Distribuido TDC 3000 y el Sistema
Supervisorio UDC 9000 que son definidas a continuación:
1.3. El SISTEMA TDC 3000.
El Sistema de Control Total (TDC) es un DCS que mantiene la
filosofía de diseño y arquitectura desarrolladas y utilizadas por Honeywell
(fabricante) para crear una integración total de funciones y riesgos
distribuidos permitiendo la continua actualización y expansión de dicho
sistema.
Elementos que conforman un Sistema TDC-3000:
Red Local de Control (LCN): Es una Red de Área Local (LAN) a través de la
cual todos los módulos del TDC 3000 se comunican entre sí. Múltiples LCN
pueden ser conectadas a través de Gateway de redes como muestra la
Figura N° 7 Dos cables tipo coaxial proveen el medio primario de conexión
para cada uno de los módulos residentes en la LCN. Opcionalmente puede
ser utilizado un enlace con fibra óptica para conectar segmentos de la LCN a
52
una Estación Universal (US) remota. La LCN transporta toda la información
que es transferida entre los módulos, incluyendo la información recibida o
enviada desde estos y desde los subsistemas de procesos integrados al
Sistema TDC 3000:
Figura N° 7: Red Local de Control (LCN).
FUENTE: Manual Electrónico TDC3000 Honeywell. 1995.l
Modulo de Aplicación (AM): Es uno de los módulos que componen la Red
Local de Control (LCN), como muestra la Figura N° 7, éste se comunica con
otros módulos que están en la misma LCN o en cualquier otra LCN remota,
así como también con los dispositivos de procesos conectados a una Red
Universal de Control (UCN) y a una Data Hiway (DH).
Debido a que se encuentra en una posición privilegiada en la
arquitectura de la red, el módulo AM puede aceptar o recibir señales de
entrada de múltiples dispositivos de procesos conectados, así como también
53
de otros módulos pertenecientes a otra LCN. Este también es capaz de
proveer señales de salida de control a elementos de control dentro del
proceso o en otro Data Point (Punto de Información o TAG Name) en
módulos que se encuentren en una diferente LCN.
Un módulo AM puede realizar cálculos avanzados y permite que,
diferentes estrategias de control pueden ser implementadas. Cada Tag
Name de un AM puede tener múltiples señales de entrada y salida desde un
gran número de dispositivos
Módulo de Historia (HM): Este es uno de los módulos que conforma a una
LCN y consta de las mismas características y facilidades de comunicación
con las que cuenta un módulo AM.
El módulo HM se encarga de almacenar información del sistema y
del proceso que puede ser mostrado e imprimido en una Estación Universal
(US) del Sistema TDC 3000, también se puede accesar a través de un
módulo de cómputo conectado a una LCN o en otra LCN a través de un
Gateway de Redes (NG).
Por otras parte este extiende significativamente las capacidades de
Sistema TDC 3000 para almacenar históricos de la planta e información del
proceso que esta realiza. Las computadoras conectadas a una LCN a través
de Gateways o Módulos para Redes de Planta pueden usar la información
54
almacenada en el HM para desarrollar reducciones y cálculos requeridos por
distintos departamentos de la planta.
Estación Universal (US): Esta representa la interfase “Hombre-Máquina” en
el sistema TDC 3000, proporcionando una serie de facilidades al operador de
procesos, a través de una ventana al proceso y al equipo. Esta “Ventana
Universal” permite al operador monitorear y manipular el proceso y el
sistema, así como coleccionar datos históricos del mismo.
Hiway Gateway (HG): El HG se encarga de hacer la transición de la técnica
de transmisión y tipo de protocolo de una LCN a la técnica de transmisión y
tipo de protocolo de la Data Hiway. Un HG es requerido por cada Data
Hiway que es conectada a una LCN.
El HG proporciona acceso a más de 3000 puntos de procesos dentro
de la Data Hiway. También se puede mencionar que el HG se encarga de la
conversión de datos, buffering, y la secuencia necesaria para realizar un
intercambio eficiente de información entre una LCN y una Data Hiway.
Aunque la LCN y la Data Hiway utilizan cables de tipo coaxial dual y
comunicación bit-serial, ambas constan de diferentes tipos de protocolos
debido a la información que éstas transportan. Esta conversión de tipo de
protocolo y velocidad de comunicación es necesaria para conectar la LCN
que consta de módulos que están a cortas distancias y trabajan a altas
55
velocidades, con la Data Hiway que trabaja con dispositivos que están
ampliamente dispersos, y trabajan con cortos mensajes, además de menor
velocidad.
Figura N° 8: Ejemplo de Dispositivos Hiway Gateway.
FUENTE: Manual Electrónico TDC3000, Honeywell. 1995.
1.4. EL SISTEMA UDC-9000 PlantScape
El Sistema UDC 9000 es un Sistema Supervisorio y Adquisición de
Datos (SCADA) que se encarga de supervisar y controlar procesos
industriales de magnitud media.
Por otra parte, podemos decir que el ha sido diseñado para sistemas
grandes y complejos, como los que se encuentran, plataformas marítimas,
56
sistemas de tuberías, estaciones de distribución de energía y otros sitios
geográficamente distribuidos.
El SCADA PlantScape incluye una amplia biblioteca de interfaces para
controladores lógicos programables y RTUs de las marcas Honeywell, Allen
Bradley, Briston-Babcock, Modicon, Siemens, entre otros muchos fabricantes
existentes en el mercado. Además, este sistema utiliza dispositivos para la
comunicación entre redes, tales como, Tarjetas Ethernet, Fibra Optica,
Satélites, Radio Frecuencias o Microondas, y así de esa manera
interconectar las redes LAN y WAN de dicho sistema.
Arquitectura del Sistema UDC-9000:
La arquitectura del Sistema UDC 9000 esta distribuida de la siguiente
como se muestra en la Figura N° 9.:
Estaciones Supervisorias: La arquitectura del sistema esta conformada en
parte por dos PC comunicadas entre sí a través de la Red TCP/IP. el
operador puede visualizar y controlar las calderas desde ambas estaciones
las cuales son cliente-servidor, y trabajan con una misma base de datos.
Controladores S-9000: El sistema consta de cuatro controladores S-9000
donde residen las estrategias de Control y se recibe la información
57
proveniente de las calderas. Cada caldera dispone de un controlador S-9000
y se comunica con las estaciones Supervisoras vía Ethernet, Sin embargo
los controladores de cada caldera no se comunican entre sí. La velocidad de
comunicación de los controladores S-9000 es de 9.600 Baudios (0.0096
Mbps).
Panel de Operación: Adicionalmente están integrados cuatro Paneles de
Operación ubicados en los gabinetes y que facilitan a los operadores el
monitoreo del estado de las señales involucradas en el arranque y operación
de las calderas.
Controladores UDC-3000: Existen cuatro controladores UDC-3000 cuya
función es actuar como estaciones manuales de los lazos críticos durante el
arranque de las calderas o cuando la comunicación a los controladores S-
9000 esté en falla. La comunicación entre los UDC-3000 y los S-9000 se
realiza a través de la Red Honeywell.
Controlador Lógico Programable (PLC): Los controladores utilizados por el
sistema son cuatro PLC Allen Bradley, uno para cada caldera, los cuales se
encargan del manejo de la lógica para los quemadores.
58
Componentes de un Sistema UDC 9000:
Los elementos básicos que conforman un SCADA UDC-9000 son:
Transductores: Son dispositivos basados en sensores que convierten
variables de procesos en señales eléctricas suministradas a la RTU, donde es
nuevamente transformada al tipo de señal requerida por la MTU de
procesamiento. Estas pueden ser analógicas (de 4 a 20 mA, 0 a 5 Vdc, 10 a
50 mV), como en el caso de mediciones de flujo, temperatura y presión o
señales digitales (de 0 24 Vdc), para los interruptores de nivel, estado de
bombas y compresores: y frecuencia de pulsos como en los contadores de
flujo.
El tipo de transductor depende de los parámetros a medir y/o
controlar, y el proceso o medio a monitorear. Los transductores
comúnmente utilizados son análogos o discretos. Los transductores
análogos son sensores que convierten variables continuas en el tiempo en
señales eléctricas. Por otro lado, los discretos son los dispositivos que
detectan cambios de estado (on/off, abierto/cerrado, arranque/parada,
alarmas de alto nivel, entre otros).
Unidad Terminal Remota (RTU): Son equipos electrónicos cuya función
primordial es la recolectar datos del campo, procesarlos y reportarlos a la
59
estación maestra respectiva. Actúan como intérprete entre los elementos
primarios en el campo y el computador, y convierten los parámetros
analógicos o discretos en sus equivalentes digitales, para poder procesarlos
por el computador. De esta forma, la RTU tiene la capacidad de monitorear
un número de entradas y salidas (I/O) relacionadas con un proceso, analizar
y mantener datos en tiempo real, ejecutar algoritmos de control
programados por el usuario, y comunicarse con la estación maestra y en
algunos casos, con otras remotas.
En los sistemas SCADA se utilizan dos tipos de terminales remotas,
RTUs dedicadas sin inteligencia, que reportan todos los puntos
monitoreados cada vez que sean interrogadas por la MTU,
independientemente de haber ocurrido cambios en el campo, e IRTUs
basadas en microprocesadores, con capacidad de procesamiento y toma de
decisiones, que adicionalmente, pueden efectuar reportes por excepción, es
decir, sólo los datos del campo que hayan sufrido una variación desde el
último barrido serán reportados a la MTU.
Módem: El término módem viene de la contracción de las palabras
MOdulador - DEModulador. Estos dispositivos son usados para interconectar
equipos de datos digitales, como las RTUs y las MTU, a través de un canal
de radio o un canal telefónico. La parte del modulador convierte la
60
información digital proveniente del sistema a una señal de tonos requerida
por el medio de comunicación utilizado, y en el otro extremo de la línea de
comunicación, la sección del demodulador transformará de nuevo la señal
en tonos a una salida digital. Para establecer entonces una comunicación
total se requiere de un MODEM en cada extremo de la línea.
Líneas de comunicación: Es el medio físico mediante el cual se transmite la
información desde la RTU a la MTU y viceversa. El medio de comunicación a
ser utilizado está relacionado con la distancia que existe entre las RTUs y la
MTU. Por lo general, se emplean en combinación o individualmente: cables,
líneas telefónicas, radios (VHF/UHF), enlaces de microondas y fibra óptica.
Unidad Terminal Maestra (MTU): La unidad maestra es el cerebro y corazón
de cualquier sistema SCADA y sirve como una interfase inteligente entre el
operador y el proceso o planta a supervisar y/o controlar. La MTU
normalmente está conformada por un sistema redundante formado por dos
computadoras, donde una de ellas actúa como maestra o servidor y la otra
como respaldo o estación cliente, y sus respectivas equipos periféricos e
interfases. La computadora de respaldo o estación cliente se mantiene
energizada y con la información (base de datos) actualizada, lo que permite
asumir el completo control del sistema en caso de ocurrir una falla en la
61
computadora maestra. Este tipo de configuraciones permite maximizar la
disponibilidad y confiabilidad del sistema.
Entre sus múltiples tareas figuran, la comunicación con las unidades
remotas ubicadas en sitios distantes; el procesamiento de la información
suministrada por éstas para generar gráficos, desplegarlos en las pantallas y
producir mensajes en el impresor; la realización de los reportes y la
preparación de los balances.
2.2. REVISIÓN DE LA LITERATURA:
Para el desarrollo de esta investigación, fue punto de partida el
análisis de algunos trabajos que sirvieran de antecedentes al presente
proyecto. Estos trabajos de investigación proporcionaron información de
relevante importancia, debido a la validez de las conclusiones y
recomendaciones expuestas en ellos, además de la adecuación de ciertas
técnicas de interés y material bibliográfico presentes los estudios, entre
estos trabajos destacan, el realizado por:
Carrillo y Hernández (1990) en su investigación sobre el diseño de un
SISTEMA AUTOMÁTICO DE SUPERVISIÓN Y LIBERACIÓN DE
TRONCALES TELEFÓNICAS, con el fin de mostrar una forma
62
automatizada de liberar troncales telefónicas en estado normal a través del
uso de microprocesadores, que realizan la liberación automática y no de
manera manual como se venía realizando en el sistema telefónico de la
empresa PDVSA Además para las funciones de supervisión y control de las
troncales, también se proporcionó un sistema de alarmas que indicara una
avería en cualquier troncal y no se pudiera ejecutar la liberación. Con esto
lograron demostrar que se mejora el servicio de la empresa operadora de la
red telefónica de PDVSA.
Por otra parte, Villegas J. (1991) con su trabajo sobre
INSTRUMENTACIÓN, MONITOREO Y CONTROL DEL SISTEMA DE
SUMINISTRO DE GAS A PARAGUANÁ, el cual contempla la realización
de la Ingeniería Básica y de detalle para dimensionar la instrumentación de
campo necesaria para implementar un sistema de monitoreo de las variables
del proceso de transporte de gas natural así como del control de presión y
flujo del mismo en la Refinería de Cardón, PDVSA y a la Central Eléctrica de
Punto Fijo, CADAFE, con lo cual se facilita la detección de fallas y la toma de
decisiones de control a distancia, a manera de reducir costos e incrementar
la seguridad.
63
Así mismo, Calimán y Soto (1991), en su estudio sobre
REINSTRUMENTACIÓN Y MONITOREO PARA LA PLANTA
URDANETA-GARCÍA DE PDVSA, que se refiere al desarrollo de un
sistema de monitoreo y control para esa planta endulzadora de crudo y
tratamiento de gases, además del reemplazo de la instrumentación
necesaria para tal fin, concluyendo que era necesario la implementación de
un sistema de control distribuido y de monitoreo de las variables en los
procesos que se realizan en la planta.
2.3. TERMINOS BÁSICOS:
En esta sección se estudiarán los términos utilizados en la
investigación, para así facilitar la comprensión del lector:
• Ancho de banda: Es el rango (las frecuencias comprendidas entre
dos límites) de las frecuencias que se pueden pasar a través de un
canal de comunicación. Se expresa en términos de la diferencia entre
el límite de la frecuencia alta y el límite de la frecuencia baja.,
(Sheldon, 1994, p.25).
• Bit: Unidad utilizada para representar información binaria (de dos
estados), un bit es la misma expresión de una información. También
dígito del sistema binario de numeración. (Tocci, 1993, p.7).
64
• Bits por segundos: Es el promedio en que la información pasa a
través de la línea de transmisión, el cual esta dado en intervalos de
tiempo. También es la unidad de medida para la transmisión de datos,
se abrevia como bps. (Codex 2600 User´s Manual Glosary, 1995).
• Bus o Multidrop Line: Es un modo de interconectar un grupo de
estaciones en donde cualquier estación puede enviar señales a
cualquiera otra estación. Es una manera muy popular de interconectar
estaciones en una LAN.
• Cable Coaxial: Es un tipo de cable donde el conductor (alambre) que
lleva la señal está completamente rodeado por el conductor "ground"
(llamado escudo o trenza) normalmente un tubo de aluminio o trenza de
cobre. El cable coaxial provee un ambiente de alta velocidad y mínima
distorsión para las señales. (Codex 2600 User´s Manual Glosary, 1995).
• Canal: Es el medio de transmisión del sistema de comunicación, suele
consistir en un enlace de espacio libre (con antena), un par de alambres
(normalmente de cobre), un cable o una fibra óptica. (Sheldon, 1994,
p.131).
65
• Codificación: Es el tercer paso en la modulación por pulsos codificados
(MPC). consiste en asignar a cada una de las muestras un código o
etiqueta que le identifique. (Ares, 1985, p.169).
• Computadora: Dispositivo capaz de procesar instrucciones tanto
aritméticas como lógicas y almacena, recupera, relaciona, procesa e
imprime información de acuerdo con programas establecidos. (Dorf,
1992, p. 185).
• Comunicación: Proceso de transferencia de información digital o
analógica entre diversos dispositivos.
• Comunicación serial: Esta se refiere a la transferencia de data sobre
un enlace digital de comunicaciones donde se utiliza un solo canal. Ej.:
Para comunicar al módem de un PC a través de un enlace serial, la
conexión física debería consistir de un solo cable de transmisión y un
solo cable de recepción (los bit son transmitidos serialmente). Esto es
diferente a las conexiones paralelas donde múltiples cables de
transmisión y recepción serian usados. (Haykin, 1995, p. 252).
• Controlador Lógico Programable (PLC): Es un aparato electrónico
que opera digitalmente y usa una memoria programable para el
66
almacenamiento de instrucciones, tales como: lógicas, secuencias,
temporizadores, contadores, funciones aritméticas y otras para lograr
maquinas o procesos por medio de módulo de entrada y salida, análogos
o discretos. (NEMA, 1999).
• Convertidor Analógico Digital: Circuito que convierte una entrada
analógica en su correspondiente salida digital. (Tocci, 1993, p. 200).
• Estación: Lugar donde residen los equipos de transmisión (radios,
multicanales, módem, antenas, etc.) así como el personal técnico y
profesional, para brindar un servicio a un área determinada. Una
estación forma parte de la red del sistema de comunicación (Sheldon,
1994, pag.365).
• Ethernet: Tipo de red de área local desarrollada en forma conjunta por
Xerox, Intel y Digital Equipment. Se apoya en la topología de bus y
tiene un ancho de banda de10 Mbps.
• Gateway: Es un equipo de propósito especial que opera en las capas
superiores del modelo OSI y además realiza funciones de conversión de
protocolos en las capas de enlace y red.
67
• Interface: Es un dispositivo que sirve para conectar o enlazar dos
equipos, con el objeto de que intercambien información. (Huidobro,
1998, p.19).
• Línea Dedicada: Línea privada que se utiliza para conectar redes de
área local de tamaño moderado a un proveedor de servicios de Internet.
Se caracteriza por ser una conexión permanente.
• Modem Null: Este no es un módem realmente, se le conoce también
como "eliminador de módems". Es un dispositivo que permite que dos
dispositivos de comunicación se conecten sin usar un módem.
• Multiplexado: Proceso de selección de una entrada entre varias, y
transmisión de los datos seleccionados hacia un canal de salida. (Tocci,
1993 p. 397).
• Multiplexor: Dispositivo que tiene como función principal la de darle
salida a un nivel de voltaje entre varios, a través de una selección por
medio de direcciones de los puntos con los niveles de voltaje. El número
de líneas de direcciones dependen de la capacidad del multiplexor o del
demultiplexor, en forma general 2n entradas a los multiplexores
68
corresponden n líneas de selección, par aun demultiplexor sería 2n
salidas, una entrada tiene n líneas de selección. (Sheldon, 1994, p.587).
• Par Trenzado: Parecido al cable utilizado para teléfonos, pero con una
cantidad mayor de cables dentro. Es el medio físico por medio del cual
se pueden conectar varias computadoras.
• Puentes: Son dispositivos que se utilizan para conectar subredes
independientes. Estos identifican y controlan la ubicación de los nodos
en cada red y permiten sólo el paso del tráfico necesario, si se daña un
paquete de información, el bridge lo filtra o lo desecha; pero si contiene
toda la identificación de origen y del destino entonces lo retransmitirá.
• Red digital: Conjunto de estaciones interconectadas entre sí a través
de equipos de transmisión que transporta señales digitales (Sheldon,
1994, p. 794).
• Unidad Terminal Remota (RTU): Son equipos para la adquisición y
control directo de información en campo. Es la interface directa entre el
transductor y el SCADA. Los RTU nacen de la necesidad de adquirir
datos y efectuar control de los dispositivos de campo distantes de los
centros de operación. (Barriola, 1996, p.I-35).
69
• Señales digitales: Son señales que se transmiten a través de un
medio, mediante la representación de los dígitos binarios como pulsos
eléctricos. (Haykin, 1995, p. 270).
• Señales Analógicas: Es una función continua en el tiempo y amplitud,
que se presenta cuando una onda física como la acústica o luminosa se
convierte en una señal eléctrica. (Haykin, 1995, p. 252).
• Set Point: Es un valor de referencia que permite establecer un punto
de ajuste dentro de un sistema. (Codex 2600 User´s Manual Glosary,
1995).
• Terminal: Es un equipo que usualmente esta equipado con un teclado y
un monitor y que puede recibir y enviar información a través de
canales de comunicación. (Codex 2600 User´s Manual Glosary, 1995).
• Transmisión: Es el proceso que consiste en enviar señales de
información (voz, datos, imagen, etc.) de un punto llamado transmisor a
un punto llamado receptor (Sheldon, 1994, p.1039).
• Transmisor: Dispositivo mediante el cual se envía información por un
canal hacia un receptor. (Sheldon, 1994, p.1042).
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2.4. SISTEMAS DE VARIABLES
Definición Conceptual y Operacional
RED DE DATOS:
Es un sistema de comunicaciones de datos que enlaza dos o más
computadoras y dispositivos periféricos, que comparten recursos, tales
como: unidades de discos, directorios e impresoras; e información que
puede ser: archivos y datos entre otros. (Sheldon, 1994, P. 794).
Por otra parte, una red conformada principalmente por un
cableado y ciertos dispositivos que permiten transformar los datos, que
en ella se van a transmitir y recibir, para que puedan ser entendidos o
comprendidos por los sistemas a los que prestará sus servicios.
Operacionalmente es el medio o dispositivo que permite la comunicación
total y confiable entre el Sistemas de Control y Supervisión UDC 9000 y
el Sistema de Control Distribuido TDC 3000 para poderlos integrar y
entonces crear un Control Maestro de Presión único para manejar y
controlar el Sistema de Generación y Distribución de Vapor del Complejo
El Tablazo. Este sistema es medido por medio de las dimensiones e
indicadores siguientes.
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VARIABLE DIMENSIONES INDICADORES
Redes
• Concepto.
• Clasificación.
• Redes LAN.
• Topologías de redes LAN.
• Métodos de acceso.
• Elementos que conforman una LAN.
• Redes WAN.
• Dispositivos que conforman una WAN.
Sistema TDC 3000
• Concepto. • Características. • Arquitectura. • Elementos que lo conforman. • Disponibilidad para agregar nuevos
dispositivos.
Red de Datos
Sistema UDC 9000
• Concepto. • Características. • Arquitectura. • Elementos que lo conforman. • Disponibilidad para agregar nuevos
dispositivos.