PDF de programación - Entrega 22 - Curso sobre Controladores Lógicos Programables (PLC)

Curso sobre Controladores Lógicos
Programables (PLC).

Por Ing. Norberto Molinari.

Entrega Nº 22.

Capitulo 5.

Redes Digitales de Datos en Sistemas de
Control de Procesos

Continuación ...

5.1.3.2.

Transmisión en formato ASCII, con delimitadores

Este método identifica el comienzo de la trama con un carácter que no se utilizará en el
resto de la misma, como por ejemplo el símbolo ASCII ":" (dos puntos, código ASCII
hexadecimal 3A).

Figura 5.7 Transmisión del carácter ASCII “E”, representado por el número binario
“01000101”. El orden de los bits se invierte, ya que se transmite el bit menos
significativo primero.

El ejemplo corresponde a una paridad impar. Al haber tres bits “1”, el bit de paridad
es “0”.

Figura 5.8 Formato de una trama transmitida sin delimitadores.

En forma similar, el final de la trama se identifica con los caracteres ASCII "CR" y
"LF" (retorno de carro y alimentación de línea, caracteres hexadecimal ASCII 0D y 0A
respectivamente) (Fig. 5.9.).

Es obvio que estos caracteres ASCII no podrán estar en el mensaje como parte de la
información transmitida, ya que serían erróneamente interpretados como inicio y final
de la trama, en lugar de información. Para ello, se utiliza el siguiente procedimiento
(Fig. 5.10.):

1- La información binaria a transmitir es dividida en grupos de 4 bits (Fig. 5.10.a.).

2- Cada grupo de 4 bits es convertido al número hexadecimal correspondiente,
con la Fig. 5. 10.b.

3- Cada número hexadecimal es representado por el carácter ASCII correspondiente.
Por ejemplo, el número hexadecimal "9" (binario 1001) es representado por el
carácter ASCII "9" (hexadecimal 39, binario 00111001).

De esta forma, la secuencia de bits 1001 es finalmente transmitida como 00111001
(Fig. 5.10.a). En forma similar, los números hexadecimales 0 al F son representados por
los caracteres ASCII 0 al 9 (ASCII hexadecimal 30 al 39) y las letras A la F (ASCII
hexadecimal 41 al 46), según se muestra en la Fig. 5.10.c. Estos caracteres no deberán
ser utilizados como delimitadores de la trama.

Vemos que los datos a transmitir son representados únicamente con los caracteres
ASCII "0" al "9" y "A" al "F". Por tal motivo, no es posible que estos datos sean
confundidos con los delimitadores ASCII ":", "CR" y "LF".

Puesto que el final de la trama es identificado por medio de una secuencia de caracteres,
este protocolo no exige que la trama sea transmitida en forma continua. Así, por
ejemplo, puede haber interrupciones de hasta 1 segundo entre caracteres. Esto permite
su uso cuando en la red hay estaciones con muy baja capacidad de procesamiento.

Un aspecto a considerar es que, al reemplazar los números expresados por bits puros,
por números expresados como hexadecimales en código ASCII, este protocolo requiere
el doble de bits que el protocolo de transmisión sin delimitadores, para transmitir el
mismo dato.

Figura 5.9 Formato de una trama delimitada por los caracteres ASCII “:”
(comienzo de la trama) y “CR” “LF” (fin de la trama).
Estos caracteres no podrán formar parte de los restantes campos.

Figura 5.10 Transmisión en formato ASCII, con delimitadores.

Este método es utilizado en el protocolo Modbus ASCII.

Fig. 5 10 a) Conversión de una secuencia de bits a los caracteres ASCII equivalentes

Fig. 5.10 b.) Equivalencia entre números binarios y hexadecimales

Fig. 5 10 c) Código ASCII de los caracteres “0” al “9” y “A “a “F”

5.1.3.3. Transmisión con delimitadores e inserción de carácter
El tercer método de encapsulado de la trama combina los dos métodos anteriormente
citados, en el siguiente aspecto: los datos son transmitidos como bits (y no como
códigos ASCII representando estos bits), pero la trama es delimitada con caracteres de
control ASCII.

Puede ocurrir que un número binario que se transmita represente justamente a alguno de
los delimitadores. En este caso se inserta antes del número binario un carácter especial,
tal como se describe a continuación.

Cada trama se iniciara con los caracteres ASCII DLE STX y finalizará con los
caracteres DLE ETX.

Figura 5.11 Formato de una trama con delimitadores e inserción de caracteres.

Figura 5.12 Formato de una trama con delimitadores e inserción de caracteres. En
medio de los datos, aparece un DLE. Para que este sea interpretado como un número,
y no como un delimitador, la estación emisora inserta un segundo DLE, que es
eliminado por la estación receptora.

DLE es la abreviatura de Data Line Escape, Escape de Enlace, y es representado en el
código ASCII por el número hexadecimal 10; STX significa Start of Text, Inicio de
Texto (representado por el hexadecimal 02); y ETX significa End of Text, Fin de Texto
(representado por el hexadecimal 03). Una trama con este método se muestra en la Fig.
5.11.

Cuando la secuencia de bits DLE (hexadecimal 10, binario 00010000) aparece en la
información a transmitir, el emisor inserta un segundo carácter DLE. Por lo tanto, el
delimitador DLE se distingue por la presencia de un solo DLE, mientras que la
presencia de la secuencia 00010000 (DLE) en los datos se reconoce por medio de dos
DLE sucesivos (Fig. 5.12.). Este método es utilizado en el protocolo de la serie 760 de
Foxboro.

5.1.4 Reconocimiento de errores
Durante, la transmisión de datos es frecuente que aparezcan ruidos en la línea de,
transmisión, que deforman la señal transmitida. Estos ruidos se pueden originar por
interferencia eléctrica, ruido térmico (generado por el movimiento de electrones en el
cobre), etc. Un ruido que tenga una duración de 10 mseg se escuchará al oído humano
como un pequeño clic, pero a 9600 bps implica la desaparición de 96 bits.

La capacidad del medio físico de permitir la transmisión de bits sin que algún fenómeno
físico (principalmente eléctrico) pueda provocar alteraciones en el mensaje se conoce
como inmunidad al ruido.

Por ejemplo, es posible que un byte transmitido como 10101010 llegue al receptor
como 10101000. En este caso podemos decir que ambos bytes difieren en un Bit. La
cantidad de bits en que difieren el mensaje transmitido y el recibido se calcula
efectuando un OR exclusivo entre ambos, y sumando la cantidad de unos del resultado
(Fig. 5.13). Este número se conoce como distancia de Hamming.

Existen distintos métodos para la detección y corrección de errores. La capacidad de un
método para detectar y corregir errores en un mensaje se cuantifica por medio de su
distancia de Hamming. Se puede demostrar que, si se desean detectar d errores, se
requiere de un método de detección de errores que tenga una distancia de Hamming de
d + 1. En cambio, si se desean corregir d errores, el método deberá tener una distancia
de Hamming de 2d + 1.

Al igual que el agrupamiento de bits, el reconocimiento de errores también tiene dos
niveles: uno a nivel de caracteres, y el otro a nivel de trama.

Presentaremos a continuación tres métodos de detección y corrección de errores: el bit
de paridad, que es un chequeo a nivel de carácter, y los métodos de bit de paridad
longitudinal y transversal, y de Código de Redundancia Cíclico, utilizados a nivel de
trama.

Figura 5.13 Cálculo de la distancia de Hamming.

5.1.4.1. Bit de paridad

El Bit de paridad es un sencillo método de detección de errores a nivel de caracteres.
Cada carácter consta, según hemos anticipado, de un Bit de comienzo, 5 a 8 bits de
datos, un Bit de paridad y uno o dos bits de finalización.

El Bit de paridad sirve como chequeo del carácter transmitido. Su valor es adjudicado
por el emisor de forma tal que la cantidad de unos en el carácter más el Bit de paridad
sea par (paridad par) o impar (paridad impar). Por ejemplo, el carácter de 8 bits
10001001 deberá tener un Bit de paridad 1 si la paridad es par, o 0 si la paridad es impar
(Fig. 5.14).

El receptor recibe el carácter, calcula su Bit de paridad, y compara el Bit de paridad
transmitido con el calculado, verificando así la corrección del carácter recibido.

En aquellos casos en que no se utiliza este método, el carácter se transmite precedido de
un Bit de comienzo y seguido de uno o dos bits de final, omitiendo el Bit de paridad.

El método del Bit de paridad está caracterizado por una distancia Hamming de 2,
permitiendo la detección de un error en el carácter. Este método no permite la
corrección de errores.

5.1.4.2. Bit de paridad transversal y longitudinal

Este método es una derivación del método anterior, en la que los bits se agrupan en un
bloque. Este bloque tiene n bits de ancho y k bits de alto. Se calcula el bit de paridad de
las distintas columnas y de las filas, añadiéndose al bloque la fila y columna resultantes.
Luego el bloque completo es transmitido.

El receptor podrá identificar errores a partir del bloque recibido. Se puede demostrar
que este método tiene una distancia de Hamming de 4, permitiendo el reconocimiento
de hasta 3 errores, o la corrección de 1.

La Fig. 5.15 muestra la representación de una trama con bit de paridad transversal y
longitudinal, en la que se detectó y corrigió el error.

Figura 5.14a Transmisión del carácter 10001001con paridad par
(Cantidad total de unos = 4).

Figura 5.14b Transmisión del carácter 10001001 con paridad impar
(Cantidad total de unos = 3).

5.1.4.3 Código de Redundancia Cíclica o CRC

Este método es de amplia difusión, utilizándose en numerosos protocolos.
A partir de un algoritmo que utiliza un polinomio generador, y de los bits que forman la
trama, se calcula un número llamado Chequeo Cíclico Redundante (Cyclic
Redundancy Check, CRC). El CRC es añadido al final de la trama, y transmitido con
ésta.

La estación receptora calculará el CRC utilizando el mismo polinomio Generador, y los
bits recibidos. Luego comparara el CRC recibido con la trama, y el calculado. La
presencia de errores en la transmisión se reconoce por desigu