Fundamentos de los Equipos de Comunicación Serie
Definición de DTE y DCE
En el contexto de las comunicaciones serie, es fundamental distinguir entre los dos tipos principales de equipos:
- DTE (Data Terminal Equipment): Es el equipo terminal de datos, generalmente el ordenador o dispositivo que genera o consume la información. Típicamente, utiliza el conector hembra.
- DCE (Data Communication Equipment): Es el equipo de comunicación de datos, como el módem o el dispositivo de interconexión. Típicamente, utiliza el conector macho.
Normas Principales en Comunicaciones Industriales
Las normas más utilizadas para la comunicación serie en entornos industriales son:
- RS-232D
- RS-422
- RS-485
Estándar RS-232C: Comunicación Punto a Punto
Aplicación Industrial de la Norma RS-232C
La norma RS-232C se utiliza para comunicar punto a punto diferentes componentes y equipos industriales, tales como reguladores, autómatas, variadores de frecuencia, entre otros.
Alcance del Estándar RS-232C
El estándar RS-232C cubre las siguientes áreas:
- Características mecánicas de la interfaz.
- Paso de señales eléctricas.
- Función de cada señal.
- Subconjunto de señales en ciertas aplicaciones.
Aspectos Mecánicos de la Norma RS-232C
En la parte mecánica, la norma RS-232C se ocupa de:
- Asignación de señales a los 25 contactos del conector.
- Definición de qué parte del equipo posee el conector hembra (DCE, ordenador) y qué parte el conector macho (DTE, módem). (Nota: Esta asignación puede variar según el fabricante y el tipo de dispositivo).
- Longitud máxima recomendada de cable (15 metros).
- Capacidad del cable (2500 pF).
Diferencias entre RS-232C y RS-232D
La diferencia principal radica en que la norma RS-232D utiliza señales destinadas a la especificación de las condiciones de pruebas. Estas son las conexiones 18 y 25, las cuales la RS-232C no utilizaba.
Características Físicas de la Comunicación Serie RS-232C
| Característica | Especificación |
|---|---|
| Tipo de Transmisión | Serie punto a punto. |
| Tipo de Cable | Único cable referenciado a masa. |
| Velocidad Máxima | 20 kbps. |
| Longitud Máxima | 15 m. |
| Tensión de los Estados |
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El Rol de la Señal GND (Tierra de Protección)
La señal GND (Pin 1 de la norma RS-232C) se utiliza como tierra de protección. También se emplea para apantallar un cable protegido, minimizando las interferencias producidas por altos niveles de ruido.
Proceso de Comunicación Siguiendo la Norma RS-232C
El proceso de intercambio de datos sigue los siguientes pasos:
- Comprobación de Preparación: Se verifica que el Emisor y el Receptor estén preparados y sin error (mediante las señales DTR y DSR).
- Solicitud de Envío: El Emisor pregunta al Receptor si está preparado para recibir datos (señal RTS del emisor).
- Confirmación de Recepción: El Receptor responde con la señal CTS, indicando que está listo. El Emisor espera esta respuesta.
- Transmisión de Datos: El Emisor envía la señal por el contacto Tx, que el Receptor recibe por el contacto Rx.
Estándar RS-422: Comunicación Multidrop
Características Físicas y Rendimiento de RS-422
La norma RS-422 es más eficaz y óptima que la RS-232C, ofreciendo mayor velocidad y menor susceptibilidad al ruido.
| Característica | Especificación |
|---|---|
| Tipo de Transmisión | Entre equipos en red (multidrop). Puede ser punto a punto, o hasta un máximo de 32 comunicaciones. |
| Tipo de Cable | Formado por dos hilos (par trenzado), con resistencia para mantener la impedancia en la línea. |
| Velocidad Máxima | Hasta 10 Mbps. |
| Longitud Máxima | Hasta 1200 metros. |
| Tensión de Estados |
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Ventajas de RS-422 Frente a RS-232C
El estándar RS-422 presenta varias mejoras significativas:
- Conexión Multidrop: Permite la conexión más allá de punto a punto (hasta 32 dispositivos).
- Inmunidad al Ruido: Utiliza más de un hilo de comunicación (transmisión balanceada), lo que lo hace más inmune al ruido.
- Distancia: Puede cubrir mayores distancias (hasta 1200 m).
- Alimentación: La bajada de tensión a 5 V permite que, en muchos casos, no necesite alimentación exterior o auxiliar.
Topología de Red RS-422
Al montar una red utilizando la norma RS-422, las posibilidades de comunicación son:
- La estación primaria puede comunicarse directamente con el resto de estaciones, tanto para enviar como para recibir.
- Las estaciones secundarias no pueden comunicarse directamente entre sí, ni para enviar ni para recibir. Deben pasar obligatoriamente por la estación primaria.
Estándar RS-485: El Bus de Alta Capacidad
Características Físicas y Modo de Transmisión de RS-485
| Característica | Especificación |
|---|---|
| Tipo de Transmisión | Half-Duplex (semidúplex). |
| Tipo de Cable | Dos hilos referenciados a masa (un par trenzado). |
| Velocidad Máxima | 10 Mbps. |
| Longitud Máxima | 1200 metros. |
| Tensión de los Estados |
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Comunicación Balanceada: Inmunidad al Ruido (RS-422 y RS-485)
Que la señal esté balanceada en las normas RS-422 y RS-485 significa que la señal se envía de forma normal e invertida (diferencial). Esta técnica tiene la ventaja crucial de eliminar el posible ruido que se pueda incorporar al canal de comunicación, ya que el ruido afecta a ambos hilos por igual y se cancela en el receptor.
Topología de Red y Capacidad de Equipos en RS-485
La norma RS-485 permite una topología de bus donde todos los equipos pueden comunicarse entre sí (Todos con todos).
El número máximo de dispositivos conectados es de 32. Sin embargo, utilizando transceptores en alta impedancia (High Impedance), esta capacidad se puede aumentar hasta 256 equipos en el mismo bus.
Esta mejora respecto a la norma anterior RS-422 (que requería una estación primaria) se ha solventado mediante la capacidad de los dispositivos de entrar en un estado de alta impedancia cuando no están transmitiendo, permitiendo que múltiples dispositivos compartan el mismo par de hilos.
Relación Velocidad-Distancia en RS-485
Si se quiere aprovechar la longitud máxima del cable (1200 metros) utilizando la norma RS-485, la velocidad máxima que se puede alcanzar es de 90 Kbps. Para aumentar la velocidad de transmisión, es necesario reducir la longitud del cable.
Comparativa de Estándares RS-232 y RS-485
A continuación, se presenta una tabla comparativa basada en las características físicas de las normas RS-232 y RS-485:
Tabla Comparativa de Protocolos Serie
| Característica | RS-232C | RS-485 |
|---|---|---|
| Tipo de Transmisión | Punto a punto (Simplex/Full-Duplex) | Multidrop (Half-Duplex) |
| Tipo de Señalización | Unipolar (Referenciada a masa) | Balanceada (Diferencial) |
| Tipo de Cable | Único cable referenciado a masa | Par trenzado (Dos hilos referenciados a masa) |
| Velocidad Máxima | 20 kbps | 10 Mbps |
| Longitud Máxima | 15 m | 1200 m |
| Tensión Lógico 1 | -3 V a -15 V | -6 V a -1,5 V |
| Tensión Lógico 0 | +3 V a +15 V | +6 V a +1,5 V |
| Número Máximo de Dispositivos | 2 (DTE y DCE) | 32 (hasta 256 con transceptores especiales) |