u5-comunicaciones-industriales

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REDES Y
COMUNICACIONES
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Una Red es un conjunto
de ordenadores
interconectados entre si
mediante cable o por otros
medios inalámbricos.
Concepto
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Objetivos
• Compartir recursos: archivos,
impresoras, unidades de
almacenamiento, etc.
• Transferir información entre
ordenadores: e-mail, WWW, etc.
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El modelo OSI es el modelo de red de referencia para los protocolos de red
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TCP/IP es un conjunto de protocolos de red en los que se basa Internet y
que permiten la transmisión de datos entre computadoras.
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ETHERNET
Ethernet es un estándar de redes de área local para computadores. Ethernet define
las características de cableado y señalización de nivel físico y los formatos de tramas
de datos del nivel de enlace de datos del modelo OSI.
Ethernet se tomó como base para la redacción del estándar internacional IEEE
802.3, siendo usualmente tomados como sinónimos. Se diferencian en uno de los
campos de la trama de datos. Sin embargo, las tramas Ethernet e IEEE 802.3
pueden coexistir en la misma red.
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Se distinguen diferentes variantes de tecnología Ethernet según el tipo y el
diámetro de los cables utilizados:
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Tipos de Redes
Según la zona geográfica que abarcan, se clasifican en:
• LAN (Local Area Network): Redes de Área Local
• MAN (Metropolitan Area Network): Redes de Área Metropolitana
• WAN (Wide Área Network): Redes de Área Extendida
Según el sistema jerárquico de red utilizado , se clasifican en :
•Redes Cliente-Servidor
•Redes Punto a Punto
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Redes de Área Local: LAN
• Alcance: conecta ordenadores localizados en la misma
oficina, departamento o edificio.
• Conexión: suele ser mediante cable (también inalámbricas)
• Redes Privadas: los medios de conexión de las líneas
utilizadas son propiedad de la empresa.
Ejemplos: Aula, Oficina, Hogar…
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Redes de Área Metropolitana: MAN
• Alcance: conecta varias LAN localizadas en la misma
ciudad, área industrial, o varios edificios.
• Conexión: suele ser mediante cable (también inalámbricas)
en las LAN, pero necesitan dispositivos repetidores de más
alcance, alquilados a otras empresas públicas o propios.
• Redes Privadas o Públicas: los medios de conexión de
las líneas utilizadas pueden ser propiedad de la empresa,
utilizar una línea pública alquilada (Ej. ADSL de Telefónica o
de ONO).
Ejemplos: Red de empresas en un polígono industrial, Campus
universitario, Red de servicios municipales (Ej. Molina Digital)
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Redes de Área Extensa: WAN
• Alcance: conecta ordenadores localizados en cualquier
sitio del mundo.
• Conexión: Líneas Telefónicas, Fibra óptica, satélites…
• Redes Públicas: los medios de conexión de las líneas
utilizadas son propiedad una empresa de telecomunicaciones
que las alquila al público y empresas en general.
Ejemplo: INTERNET
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Redes Cliente-Servidor
Son redes en las que uno o más ordenadores (SERVIDORES), son los que
controlan y proporcionan recursos y servicios a otros (CLIENTES).
Redes Punto a Punto
Son redes en las que todos los ordenadores tienen el mismo estatus en la
red y deciden que recursos y servicios dan al resto. Cada PC puede hacer
de CLIENTE o SERVIDOR.
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El servidor es una
computadora de gran
potencia y capacidad que
actúa de árbitro y juez de
la red, la maneja, controla
su seguridad y distribuye
el acceso a los recursos y
los datos.
En las redes punto a punto
ningún ordenador está por
encima de otro, sino que
existe una especie de
democracia y los recursos
son distribuidos según
desee el usuario de cada
ordenador.
ServidorCliente
Árbitro y Juez
Sistema Cliente/Servidor
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 Estaciones de Trabajo (Clientes)
Componentes de una red local
 Servidores (opcional)
 Tarjetas de Red (NIC)
 Cableado o medios de transmisión inalámbricos (antenas)
 Sistema operativo de red
 Recursos compartidos: Impresora de red, archivos y aplicaciones…
 Dispositivos distribuidores: Hub, Switch, Router…
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Estaciones de Trabajo
Servidores
Son los ordenadores utilizados por los usuarios conectados a la red.
Son los ordenadores que ofrecen servicios a los clientes de la red.
Pueden ser de dos TIPOS:
• Dedicados: solo realizan tareas de red y no pueden utilizarse
como un puesto normal de cliente.
• No dedicados: además de realizar tareas de red, se utilizan como
puestos normales.
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Tarjetas de Red
También conocidas como NIC (Network Interface Card), se instalan
dentro del ordenador y son las que hacen posible la conexión del PC
con la Red. Traducen la información que circula por el cable/ondas
de la red, al lenguaje que entiende el ordenador y viceversa.
Cable Inalámbricas
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Cableado
Conectan cada una de las tarjetas de red (NIC) de los ordenadores
que componen la red, normalmente a través de un concentrador
(HUB), constituyendo los canales de comunicación de la red.
Según la Clase de red, Velocidad de transmisión que se desea,
y Alcance geográfico que queremos conseguir se emplean
varios TIPOS DE CABLE:
Coaxial: Fibra óptica: Par trenzado:
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Dispositivos Distribuidores
Son dispositivos capaces de concentrar, distribuir, incluso guiar, las
señales eléctricas de las estaciones de trabajo de la red.
• HUB (Concentrador): solamente recoge y
distribuye señales entre los ordenadores de
la red.
• SWITCH (Conmutador): además de concentrar
señales, puede seleccionar el envío de paquetes
y lleva estadísticas de tráfico y errores en la red.
• ROUTER (Encaminador): además de las tareas
anteriores es capaz de guiar una transmisión por el
camino mas adecuado (Enrutamiento). Es el
utilizado para la conexión de un PC o una red a
INTERNET.
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Sistema Operativo de Red
Son programas que gestionan la red y sus recursos. Existen 2 TIPOS
básico:
•S.O. para redes con SERVIDOR
DEDICADO: donde hay servidores
dedicados con mayor estatus en la red.
Estos suelen tener S.O. específicos para
gestión de red como Windows NT
SERVER. EL resto de Clientes, pueden
tener este SO, o cualquiera de las
anteriores (W-98, W-XP o W-Vista).
•S.O. para redes PUNTO A PUNTO: donde los
ordenadores tienen el mismo estatus. Es suficiente
con que cada ordenador tenga Windows 98, XP o
Vista.
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Recursos compartidos
Una de las ventajas de la red es que permite compartir recursos
de hardware y software, con el AHORRO que esto implica.
• Impresora
• Escáner
• Unidades de almacenamiento: discos duros.
• Unidades lectoras/grabadoras de CD/DVD
• Módem
• Archivos y Carpetas
• Programas de Aplicación
HARDWARE
SOFTWARE
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A
B
D
C
El ordenador B tiene una conexión a
Internet que todos comparten.
El ordenador A tiene una
impresora laser que todos
utilizan.
El ordenador C tiene un gran
disco duro en el que otros
usuarios almacenan gran
cantidad de trabajos.
Los ordenador D y E pueden acceder a todos los servicios de los demás.
RED
INTERNET
E
Ejemplo:
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Topologías de Red
Topología Física de Red: es una representación gráfica o mapa de cómo se
unen las estaciones de trabajo de la red, mediante el cable.
Factores a tener en cuenta:
• La distribución espacial de los equipos.
• El tráfico que va a soportar la red.
• El presupuesto (relación inversión/prestaciones)
Topologías Puras:
• Anillo
• Bus
• Estrella
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Topología de Anillo
Consta de varios nodos unidos formando un círculo lógico. Los mensajes se
mueven de nodo a nodo en una sola dirección. El cable forma un bucle
cerrado formando un anillo
Ventajas:
• Fácil detectar si un PC cae
Inconvenientes:
• Se rompe el cable o no funciona una
de las estaciones, se paraliza toda la
red
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Topología de Bus
Consta de un único cable (BUS) al que se conecta cada ordenador. Los
extremos del cable se terminan con una resistencia denominada terminador.
Ventajas:
• Fácil de instalar y mantener.
• Si falla una estación, no cae la red.
Inconvenientes:
•Si se rompe el cable principal
(BUS) se inutiliza la red.
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Topología de Estrella
Es la más utilizada en redes LAN. Todos las estaciones de la red deben pasar a
través de un dispositivo central de conexiones conocido como concentrador de
cableado(HUB), que controla el flujo de datos .
Ventajas:
• Si se rompe un cable no se
inutiliza la red.
•Fácil detectar averías.
Inconvenientes:
• Mas cara (utiliza más cable y
un concentrador)
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Topología en estrella de una red LAN de 4 PC´s con acceso a internet
HUB
ROUTER
(del PSI)
INTERNET
Para montar esta red en estrella de 4 PC con acceso a internet,
necesito el siguiente material:
• 4 PC´s, un HUB y un ROUTER de acceso a internet
• 4 Tarjetas de red ethernet
• 10 conectores de cable RJ-45
• 5 cables
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Topología Lógica de Red: es la sistema de acceso y comunicación que se
emplea para conectar las estaciones de la red. Para que dos estaciones se
comuniquen necesitan entender el mismo idioma, por lo que se establece
un Protocolo( reglas) estándar de comunicación: el PROTOCOLO TCP/IP
TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol).
Se trata del lenguaje que utiliza cualquier plataforma de ordenadores
en Internet para enviar y recibir la información. Por eso se toma
como estándar.
TCP / IP
Es el que divide la información en
paquetes y el que las vuelve a unir
en su orden adecuado cuando van
llegando a su destino.
Es el responsable de identificar cada
uno de estos paquetes de información
con su dirección apropiada.
PROTOCOLO
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Dirección IP
Cada ordenador conectado a la red debe disponer de una dirección
única para una correcta identificación y efectiva localización.
A dicha dirección se la conoce como IP, y se encuentra formada por 4
números de 0 a 255 (xxx) separados por puntos.
xxx.xxx.xxx.xxx
0..255
Máscara de Red
Secuencia de 4 números de la misma estructura que la IP, que se
utiliza para distinguir qué parte de la IP identifica la red y qué parte a
los equipos.
Ejemplo: En Redes Clase A la Mascara de red es 255.0.0.0, lo que significa que el primer
grupo de bits de la IP es para la red y el resto identifica los equipos
Para que dos equipos pertenezcan a la
misma red deben tener una IP con la parte
de red igual
MASCARA DE RED
 Mediante la máscara de red un sistema (ordenador, puerta de enlace, router, etc...) podrá saber si
debe enviar un paquete dentro o fuera de la subred en la que está conectado. Por ejemplo, si el
router tiene la dirección IP 192.168.1.1 y máscara de red 255.255.255.0, entiende que todo lo que
se envía a una dirección IP con formato 192.168.1.X, se envía hacia la red local, mientras que
direcciones con distinto formato de direcciones IP serán buscadas hacia afuera (internet, otra red
local mayor, etc...).
 Supongamos que tenemos un rango de direcciones IP desde 10.0.0.0 hasta 10.255.255.255. Si
todas ellas formaran parte de la misma red, su máscara de red sería: 255.0.0.0. Que también se
podría expresar como: 10.0.0.0/8
 Una máscara de red representada en binario son 4 octetos de bits
(11111111.11111111.11111111.11111111). La representación utilizada se define colocando en 1
todos los bits de red (máscara natural) y en el caso de subredes, se coloca en 1 los bits de red y
0 los bits de host usados por las subredes. Así, en esta forma de representación (10.0.0.0/8) el 8
sería la cantidad de bits puestos a 1 que contiene la máscara en binario, comenzando desde la
izquierda. Para el ejemplo dado (/8), sería 11111111.00000000.00000000.00000000 y en su
representación en decimal sería 255.0.0.0.
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PUERTA DE ENLACE
 La pasarela (en inglés gateway) o puerta de enlace es el dispositivo que
actúa de interfaz de conexión entre aparatos o dispositivos, y también
posibilita compartir recursos entre dos o más computadoras.
 Su propósito es traducir la información del protocolo utilizado en una red
inicial, al protocolo usado en la red de destino.
 La pasarela es normalmente un equipo informático configurado para dotar a
las máquinas de una red de área local (Local Area Network,LAN)
conectadas a él de un acceso hacia una red exterior, generalmente
realizando para ello operaciones de traducción de direcciones de
red (Network Address Translation, NAT). Esta capacidad de traducción de
direcciones permite aplicar una técnica llamada "enmascaramiento de IP"
(IP Masquerading), usada muy a menudo para dar acceso a Internet a los
equipos de una LAN compartiendo una única conexión a Internet, y por
tanto, una única dirección IP externa.
 Un equipo que haga de puerta de enlace en una red debe tener
necesariamente dos tarjetas de red 30
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Clases de Direcciones IP:
Clase A: se asigna el primer octeto para identificar la red, reservando los tres últimos para que
sean asignados a las estaciones de trabajo, de modo que la cantidad máxima de estaciones que
pueden pertenecer a esa misma red es de 16.777.214 de máquinas.
Clase B: se asigna los dos primeros octetos para identificar la red, reservando los dos últimos
para que sean asignados a las estaciones de trabajo, de modo que la cantidad máxima de
estaciones que pueden pertenecer a esa misma red es de 65.534 máquinas.
Clase C: se asigna los tres primeros octetos para identificar la red, reservando el último para
que sea asignado a las estaciones de trabajo, de modo que la cantidad máxima de estaciones
que pueden pertenecer a esa misma red es de 254 máquinas.
Clase Rango IP Nº Redes Nº Estaciones Máscara de red
A 1. 0. 0. 0
127.255.255.255
126 16.777.214 255.0.0.0
B 128. 0. 0. 0
191.255.255.255
16.384 65.534 255.255.0.0
C 192. 0. 0. 0
223.255.255.255
2.097.152 254 255.255.255.0
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 DHCP (siglas en inglés de Dynamic Host Configuration Protocol, en
español «protocolo de configuración dinámica de host») es
un protocolo de red de tipo cliente/servidor en el que generalmente un
servidor posee una lista de direcciones IP dinámicas y las va
asignando a los clientes conforme éstas van quedando libres,
sabiendo en todo momento quién ha estado en posesión de esa IP,
cuánto tiempo la ha tenido y a quién se la ha asignado después. Así
los clientes de una red IP pueden obtener sus parámetros de
configuración automáticamente
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DHCP
PUERTOS TCP/IP
Diversos programas TCP/IP pueden ejecutarse simultáneamente en Internet (por
ejemplo, pueden abrirse diferentes navegadores de manera simultánea o navegar por
páginas HTML mientras se descarga un archivo de un FTP). Cada uno de estos
programas funciona con un protocolo. A veces el equipo debe poder distinguir las
diferentes fuentes de datos.
Por lo tanto, para facilitar este proceso, a cada una de estas aplicaciones puede serle
asignada una dirección única en equipo, codificada en 16 bits: un puerto (por
consiguiente, la combinación de dirección IP + puerto es una dirección única en el
mundo denominada socket).
De esta manera, la dirección IP sirve para identificar de manera única un equipo en la
red mientras que el número de puerto especifica la aplicación a la que se dirigen los
datos. Así, cuando el equipo recibe información que va dirigida a un puerto, los datos se
envían a la aplicación relacionada
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PUERTOS TCP/IP
 Existen miles de puertos (codificados en 16 bits, es decir que se cuenta con 65536
posibilidades). Es por ello que la IANA (Internet Assigned Numbers Authority
[Agencia de Asignación de Números de Internet]) desarrolló una aplicación estándar
para ayudar con las configuraciones de red.
 Los puertos del 0 al 1023 son los "puertos conocidos" o reservados. En términos
generales, están reservados para procesos del sistema (daemons) o programas
ejecutados por usuarios privilegiados..
 Los puertos del 1024 al 49151 son los "puertos registrados".
Pueden ser usador por cualquier aplicación
 Los puertos del 49152 al 65535 son los "puertos dinámicos
y/o privados". Usados para conexiones P2P. (Peer to peer)
35Puertos conocidos ->
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Configuración de Software de una red
• Instalación de la tarjeta de red.
• Configurar los componentes de red: Protocolo TCP/IP
• Configurar una red doméstica o para pequeña oficina:
crear Grupo de Trabajo.
• Compartir recursos.
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Instalación de la tarjeta de red
Si no se trata de NIC de conexión USB, debemos seguir
los siguientes pasos:1. Desconectar PC de red eléctrica.
2. Extraer carcasa del PC, conectar tarjeta de red en
ranura PCI.
3. Enchufar PC.
4. Windows XP y posteriores detecta el nuevo hardware
e instala sus drivers, si no…(paso 5)
5. Introduce CD con los drivers de la tarjeta.
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Configurar la conexión
• Buscamos en: Inicicio/configuración/panel de control/conexiones de
red…y aparecerá la conexión de la tarjeta de red que hemos instalado.
• Botón derecho sobre la conexión: propiedades
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Configurar la conexión
Comprobar que la conexión tiene
marcados los elementos:
• Clientes para redes Microsoft
• Compartir impresoras y archivos
para redes Microsoft
• Programador de paquetes QoS
• Protocolo Internet: (TCP/IP)
Seleccionar Protocolo TCP/IP y
marcar propiedades
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Configurar el Protocolo TCP/IP
Tenemos 2 opciones:
• Obtener IP automática si el
router permite DHCP
• Usar una IP manual escribir
para cada PC:
• Dirección IP
• Máscara de subred
• Puerta enlace predeterminada
• Servidores DNS
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Configurar un red doméstica o para pequeña oficina
Para ello utilizaremos el asistente de Windows que facilita bastante la tarea:
•Buscamos en: Inicio/configuración/panel de control/conexiones de
red/configurar un a red domestica o para pequeña oficina
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Configurar un red doméstica o para pequeña oficina
• 1ª opción: si es el equipo principal, fuente de acceso a internet
• 2ª opción: si es un cliente que se conecta a internet a través de otro equipo
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Configurar un red doméstica o para pequeña oficina
• Descripción del Equipo
• Nombre del equipo
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Configurar un red doméstica o para pequeña oficina
GRUPO DE TRABAJO: es el nombre que va a tener la red, e identifica al conjunto
de PC que se unen para compartir información y recursos. TODOS los PC de la
red deben tener el mismo nombre de grupo de trabajo
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Compartir información y recursos
Una vez que la red y el grupo de trabajo están configurados, podemos
compartir recursos e intercambiar información.
• Carpeta Documentos Compartidos:
al configurar la red se crea
automáticamente esta carpeta donde
colocamos las carpetas o archivos
que queremos compartir con el resto
de usuarios de la red.
• Compartir y Seguridad: esta
opción del menú contextual de
carpetas, archivos y unidades de
disco permite Compartir o
Privatizar el recurso.
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Compartir y utilizar una impresora en la red
• Compartir una impresora: supone permitir al resto de la red que utilice la
impresora que tenemos instalada en nuestro equipo. Para esto:
Inicio/configuración/impresoras y faxes/(botón derecho sobre impresora)
compartir… y escribir el nombre que la impresora tendrá en la red.
• Utilizar una impresora compartida: supone instalar y utilizar una impresora
instalada y compartida por otro usuario de la red. Para esto:
Inicio/configuración/impresoras y faxes/agregar una impresora… y seguir el
sencillo asistente que detecta e instala las impresoras compartidas por los
equipos de la red y transmite el driver correspondiente.
Para utilizar esa impresora, el equipo donde está instalada debe estar
funcionando.
PROFIBUS
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AS-Interface o AS-i fue diseñado en 1990 como una alternativa económica al
cableado tradicional. El Objetivo fundamental fue determinar un sistema de
comunicación único para todos los fabricantes de sensores y actuadores. La idea
original fue crear una red simple para sensores y actuadores binarios, capaz de
transmitir datos y alimentación a través del mismo bus, manteniendo una gran
variedad de topologías que faciliten la instalación de los sensores y actuadores en
cualquier punto del proceso con el menor esfuerzo posible y que cumpliera con las
normativas de seguridad. Desde entonces, el concepto AS-Interface se ha extendido
considerablemente y las especificaciones iniciales se han revisado para adaptar el
bus a las nuevas circunstancias y necesidades del mercado
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COMPONENTES RED ASi
 Los Esclavos contienen la electrónica de AS-Interface y también posibilidades de
conexión para sensores y actuadores, y pueden usarse en el campo o en el armario
eléctrico. Los esclavos intercambian cíclicamente sus datos con un maestro, el cual
será el encargado de gestionar el tráfico de datos a través de la red.
 En un bus AS-i pueden conectarse hasta 62 esclavos. Las estructuras compactas y
descentralizadas son posibles tanto en armarios eléctricos como a pie de máquina,
p. ej., en módulos con un alto grado de protección.
 Pueden ser esclavos digitales o esclavos analógicos.
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COMPONENTES RED ASi
 Las Fuentes de Alimentación para el bus AS-i son específicas, ya que deben proporcionar potencia a los esclavos
conectados y realizar el acoplamiento de los datos sobre la alimentación.
 Proporcionan tensiones entre 29.5 y 31.5 V DC.
 Normalmente son resistentes a cortocircuitos y sobrecargas.
 Cada segmento de la red (si se utilizan repetidores) requiere su propia fuente de alimentación.
 Las salidas de los módulos se alimentan mediante fuentes auxiliares 24 V DC a través del cable negro.
 La potencia máxima que podrán consumir los esclavos de la red dependen de la fuente de alimentación que se
escoja para el sistema, por lo que es conveniente hacer un estudio de la potencia que será necesaria antes de
adquirir la fuente de alimentación del sistema.
 La situación ideal de la fuente es junto al dispositivo o conjunto de dispositivos que mayor potencia consuman,
para así limitar la circulación de corriente por el menor trozo de cable posible.
 En la imagen puede observarse la fuente de alimentación 3RX9307-0AA00 de Siemens AG que proporciona un
máximo de 2.4 A.
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Como cable de red puede emplearse cualquier bifilar de 2 x 1.5 mm2
sin apantallamiento ni trenzado, sin embargo, se recomienda utilizar
el Cable Amarillo por sus virtudes:
•Conectable por perforación de asilamiento.
•Codificación mecánica para evitar los cambios de polaridad, es
decir, el perfil del cable es asimétrico, lo que impide que sea
conectado de forma inadecuada a los restantes dispositivos de la red.
•Grado de protección IP65/67.
•Autocicatrizante, lo que permite la desconexión segura de los
esclavos manteniendo el grado de protección IP65/67.
•El cable negro se utiliza para alimentar los esclavos.
TIPOS DE CABLES