FLEXIBILIDAD A LA DEMANDA .
CONECTORES DE INTERFACES PARA LOS SISTEMAS DE BUS.

La lista de Sistemas de Buses disponibles ha crecido 
enormemente en pocos años. Junto a la acción “política” 
de cual es el sistema de bus más adecuado, lo primero que 
ha de hacer el usuario es tener conocimiento detallado de 
los requerimientos funcionales que se desea direccionar 
antes de alcanzar una decisión. Al mismo tiempo, los proveedores están forzados a ofrecer conectores de interfaces necesarios para asegurar la adherencia a los diversos parámetros y características técnicas para no complicar todavía más el proceso de toma de decisión a los clientes potenciales.


Debería ser fácil de escoger el sistema de bus correcto, y 
hay para ello actualmente sólo dos preguntas que han de ser 
contestadas: la política y la técnica. Pero las apariencias 
engañan. Primero, una decisión responsable y a largo plazo 
para adoptar el sistema correcto requiere una comprensión a 
fondo de los sistemas individuales, y se necesitará una cantidad de tiempo enorme adquirir este conocimiento. Segundo, la comparación de varios sistemas de bus es una aventura difícil que tiene que empezar con la clasificación de las características. 
Como todos conocemos, los requerimientos serán diferentes de una aplicación a otra.

Dónde encontrar la luz

Hay muchas razones para utilizar sistemas de bus, aunque no deberíamos perder nunca los signos de las desventajas asociadas. 
Por ej., algunas ventajas son: el bus de campo reemplaza equipos de cable delgado por cable de par trenzado o Fibra Óptica, lo cual representa considerables ahorros en términos de cableado y en el coste de las instalaciones. Además la función directora de la red asociada permite rápidos diagnósticos y resoluciones de problemas 
de los equipos conectados. El uso de buses de campo permite equipos para ser operados remotamente vía red, simplificando gradualmente la calibración y configuración del trabajo que se requiere en cada momento. 
Los nuevos equipos se integran también más fácilmente. Otro punto más, es la estructura modular de los buses de campo, lo cual permite sistemas de control para construir desde equipos estandarizados - el módulo puede ser comprado/encargado completo y, separadamente, servido y 
probado. Lo que es más, equipos inteligentes, como controladores de programa de abastecimiento / almacenamiento (SPC), pueden conectarse
vía bus de campo, permitiendo poder computar para distribuirlo a lo largo de varios equipos. Una ventaja final es la intercambiabilidad que, desde la estandarización de equipos de buses de campo, significa el reemplazar los equipos en el campo, configuración, almacenamiento 
y mantenimiento. 

Todo esto son las ventajas de los sistemas de bus. El único problema es el “Sí, pero...” que venir después de todos estos puntos listados.
Pongamos en contexto el “Ahorrar en costes de instalación y cableado”: 
Necesitamos pararnos y considerar que todo el conjunto de cableado representa menos del 10% del valor de los sistemas de comunicación. 
Además, el número de puntos de terminación está aumentando y las conexiones, cajas de unión, conectores de bus y protección EMC, son más caras y por tanto se intensifica el coste.

La situación es similar con respecto a “fácil de ampliar y recolocar”. 
Para ser capaces de integrar fácilmente nuevos equipos en sistemas ya existentes, los protocolos deben permanecer estables por muchos años y este no es el caso, incluso en los protocolos estandarizados. Esta lista de problemas podría continuar casi indefinidamente.

A pesar de los problemas indicados arriba, está claro que no hay alternativas a los sistemas de bus. Consecuentemente los sistemas de bus individuales, ya han sido aceptados en mayor o menor medida en algunos sectores. Por ejemplo, el CANBUS se ha establecido muy bien en la Ingeniería de Automoción y ha ido incrementando su popularidad en la Tecnología de Automoción. El INTERBUS-S, el BITBUS 
y el PROFIBUS se encuentran frecuentemente en entornos de Automatización Industrial.

Comparación de Sistemas de Bus.

PROFIBUS

Los cuatro Sistemas de Bus descritos aquí son los más conocidos y los más establecidos. El PROFIBUS vino al mundo en 1987 como una unión de los proyectos de “Buses de Campo” que trajeron juntas 13 compañías y 5 instituciones de investigación en Alemania. El objetivo, 
entonces, era estandarizar Sistemas de Buses de Campo Abiertos, que permitiría a los controladores programables de diferentes fabricantes, ser conectados en red de manera simple. En 1991, fue estandarizado como el primer standard de bus de campo abierto completamente especificado.
El PROFIBUS es un sistema multimaestro que soporta buses, de topología en estrella y árbol. Entre 32 y 127 usuarios pueden ser conectados con tres repetidores. Se puede alcanzar una transferencia con una velocidad
de 93,75Kbit/seg. con una longitud de línea de 1,2Km. Si la longitud de línea se reduce a 200 m. es posible una velocidad máx. de 500Kbit/seg. 
El método de acceso de bus está basado en el uso “Token Ring”. La velocidad de transferencia está especificada de 9,6 a 500 kbit/seg. con cableado de par trenzado o Fibra Óptica. utilizado como la transmisión media. El 
PROFIBUS prevé un método de acceso a bus híbrido en el cual un relevo es pasado entre los usuarios activos o estaciones maestras. Se puede alcanzar un tiempo de respuesta máx. limitando el tiempo de ciclo de relevo.

BITBUS:

El BITBUS es un producto Intel y fue especificado en 1984. Fue para garantizar el intercambio de datos entre SPCs y ordenadores industriales. 
Este sistema de bus tiene una estructura maestro/esclavo, la cual soporta tanto una topología de bus o árbol (con repetidores). Un maestro y 27 esclavos se pueden comunicar entre ellos. Se puede alcanzar una velocidad de transferencia de 62,5Kbit/seg. con una longitud de onda de 1,2km. y si la longitud de línea se reduce a 300m., la velocidad de transferencia puede aumentar a 375Kbit/seg. Los datos pueden ser transmitidos sobre cable de par trenzado o Fibra Óptica. La velocidad de transferencia 
de 375Kbit/seg. en modo asíncrono. Se accede al Bus por elección (“polling”). Son necesarias un par de cables adicionales si se utilizan repetidores. Pueden ser implementados en topología multicapa por conexión 
de una unidad maestra y una esclava a un nodo.

CANBUS:

El CANBUS (“Controller Area Network”) fue desarrollado por Bosch & Intel para trabajar en red dentro de un automóvil. La organización de usuarios de CIA (CAN en Automoción) fue fundada en 1992 como una asociación de fabricantes y usuarios. El número de usuarios en un trabajo en red CAN 
depende solamente de las capas físicas. No existen direcciones de estación: se pasan mensajes de filtro de aceptación a un usuario individual. La característica especial de los diferentes métodos de transmisión de 2 hilos significa que la función de emergencia es posible incluso si falla uno de los pares de hilo. El CANBUS es un bus multimaestro que soporta ambas topologías en Bus y Estrella. La 
Velocidad de Transferencia con una longitud de línea se especifica como 50Kbit/seg., pero el incremento de la Velocidad de Transferencia llega a 1Mbit/seg. si la longitud se reduce a 40 m. La Transmisión Media 
es la misma que para el BITBUS y el PROFIBUS. Está especificada la Velocidad de Transferencia como 1Mbit/seg. El método de acceso a bus utilizado es CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), lo cual significa que, si se detecta una colisión, todos 
los usuarios retiran sus datos e intentan enviarlos otra vez después de un período aleatorio.


INTERBUS-S:

El INTERBUS-S fue estandarizado en 1987 como un sistema de bus de campo abierto por Phoenix Contact y como un bus de campo para el nivel de sensores/actuadores en el DIN19258. Tiene una estructura maestro/esclavo. La topología tiene la forma de un anillo físico en el cual la línea sale y vuelve. Es importante diferenciar entre el bus remoto (12,8Km.), el bus de instalación remoto (50m.) basado
en las especificaciones RS485 y el bus periférico con niveles TTL(10m.). La distancia máxima entre dos terminales de bus adyacentes es de 400m. Cada usuario es conectado al anillo y su dirección es determinada por sus posiciones físicas. El número máx. de usuarios viene especificado como 256 y la velocidad de transferencia es de 500Kbit/seg. El método
de acceso a bus está basado en una base de tiempo fija. 

Interfaces Flexibles:

Estas notas de explicación realzan los problemas descritos al principio. 
Comparar Sistemas de Bus individualmente es una aventura difícil y que requiere un tiempo. El fabricante de conectores ERNI ha facilitado el camino al dejar todas las opciones abiertas al usuario. Ha desarrollado una gama de conectores de interfaces que es compatible con todos los Sistemas de Bus utilizados comúnmente, tales como el BITBUS, CANBUS, INTERBUS y PROFIBUS. Existen dos entradas de cable con cada cable horizontal o vertical, lo cual reduce los costes de los nodos de buses - en el pasado, un conector Sub-D tenía que ser utilizado para la entrada y 
otro para la salida (Fig.1). 


Existe para cada Sistema de Bus una versión nodal y una versión terminal (con resistencia terminal de bus). Ambas versiones de entrada y salida están disponibles para el BITBUS. El conector hembra Sub-D es el conector estandard en el Equipo PROFIBUS, lo que quiere decir que en
el ERBIC (el nombre del conector de interface) hay un conector Sub-D macho. Finalmente, la situación es totalmente inversa para el CANBUS donde es el ERBIC el que normalmente está equipado con el sub-D hembra.

Para garantizar una instalación libre de errores y un servicio rápido, las versiones nodal y terminal (con resistencia terminal) está disponible en colores claramente diferenciados. Los errores pueden ser evitados utilizando colores diferentes para las versiones nodal y terminal, 
incluso en configuraciones con dos sistemas de bus. Los cables individuales pueden ser fácilmente cableados utilizando terminales de tornillo en la placa de circuito impreso.


Existe un cable horizontal o vertical que tiene en cuenta de las 
diferentes condiciones de instalación y los requerimientos asociados de posicionamiento del cable. Los cables de bus, que son generalmente extremadamente rígidos, requieren una abrazadera retenedora de cable estable y fiable. Esto se alcanza en el ERBIC con una abrazadera retenedora de cable de metal sólido. La malla de apantallamiento está
integrada en la abrazadera retenedora de cable, lo cual crea una buena y de baja impedancia conexión a tierra entre el apantallamiento de cable y la toma a tierra (Fig.2)



Para cuando sea necesario un diagnóstico y una programación, existe también un ERBIC con un segundo conector Sub-D para poder comunicar con equipos de diagnóstico y programación.

En las versiones PROFIBUS, los especificados inductores SMD en el estandard PROFIBUS (DIN19245 parte 3) ya están generalmente integrados para velocidades de hasta 12Mbit/seg. Además, están disponibles para las versiones de CANBUS un modelo especial con un condensador de 
desacoplamiento de apantallamiento que está colocado entre el apantallamiento del cable y el apantallamiento de la conector Sub-D (por tanto se desacoplan las dos).

En la placa de circuito impreso, las entradas y salidas están 
“puenteadas” lo cual, para el CANBUS y el PROFIBUS, significa que el bus permanece totalmente en funcionamiento incluso cuando el conector nodal ha sido borrado. En el ERBIC está también opcionalmente disponible con apantallamiento en la caperuza. 
La caperuza de aislamiento total y el diseño de los tornillos 
de plástico provee apantallamiento EMI/PFi y protección ESD, por ej. para aplicaciones PROFIBUS con Velocidades de Datos de hasta 12Mbits/seg. Una versión Sub-D con un segundo conector Sub-D está disponible para diagnosis y programación. Un conector sub-D opcional con contactos ópticos puede ser integrado para conectar el sistema de bus a Fibra Óptica. Otras características de diseño son 
abrazaderas retenedoras de cable integradas para cables de bus con diámetros anchos de 4,5 a 8 mm. y una conexión a tierra fiable para el cable de apantallamiento. La caperuza está hecha de termoplástico conforme a la UL94-V1. El grado de protección es IP40 y el rango de temperatura de trabajo está especificado entre -20 a +70ª.

Manfred Schock es Ingeniero y trabaja como Product Marketing en la empresa ERNI. http://www.erni.com

J.A.Villa Cajaraville es Ingeniero y trabaja como Rble.de Marketing en la empresa ERMEC.http://www.ermec.com

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