Diplomado en Automatización Industrial · 2ª versión · Módulo 5
Protocolos de comunicación industrial
Sesión 3 · U3 Protocolos
ING. JAVIER APAZA MARTÍNEZ Viernes 30 de octubre de 2026 · 19:00 – 22:00
Hoy
Plan de la sesión
19:00Repaso de la S2: las preguntas más falladas · ¿qué es un protocolo?19:10Comunicación serie: RS-232, RS-422, RS-485 ● actividad19:30Modbus por dentro: tablas, funciones, tramas ● constructor de tramas + actividad20:30Pausa de 10 minutos20:40PROFIBUS, PROFINET, EtherNet/IP, EtherCAT, CANopen ● animación de tiempo real21:25Ventajas, desventajas y cómo elegir ● actividad21:50Cuestionario de la sesión y cierre ● práctica
U3 · Protocolos
¿Qué es un protocolo?
Un conjunto de reglas sobre cómo se arma, se envía, se recibe y se interpreta cada mensaje, para que equipos de distintos fabricantes se entiendan.
Estándar físico
RS-485, Ethernet: cómo viajan los bits (voltajes, hilos, distancias). Capa 1 y 2.
Por eso el mismo Modbus funciona sobre RS-485 (RTU) o sobre Ethernet (TCP): cambia el medio, no el idioma.
1
Comunicación serie
La capa física de Modbus RTU y PROFIBUS DP
U3 · Serie
RS-232, RS-422 y RS-485
Estándar
Conexión
Señal
Distancia y velocidad
Uso típico
RS-232
Punto a punto
Simple (referida a tierra)
~15 m a 19,2 kbit/s
PC ↔ equipo, consola de un switch
RS-422
1 emisor → hasta 10 receptores
Diferencial
Hasta 1200 m a ~100 kbit/s, o ~10 Mbit/s solo en 10–15 m
Enlaces de larga distancia
RS-485
Multipunto: 32 cargas por segmento
Diferencial
Modbus RTU, PROFIBUS DP
Distancia y velocidad se compensan: a más metros, menos velocidad. Una tabla que diga “1200 m y 10 Mbps” juntos es engañosa.
U3 · Serie
RS-485 bien instalado
1En línea
De equipo en equipo, con derivaciones cortas. Nada de estrellas.
2Terminación
120 Ω en los dos extremos, no en cada equipo.
3Polarización
Fija el estado de la línea cuando nadie habla. Suele traerla el maestro.
4Polaridad A/B
Cada fabricante la nombra distinto (A/B, D+/D−, D0/D1): si no comunica, invierte el par.
5Pantalla
Cable trenzado apantallado; malla a tierra en un solo punto.
la malla
632 cargas
Por segmento. Para más equipos o más distancia: repetidor.
Para mostrarlo en vivo: la pestaña “Bus RS-485” de /lab/topologias.html permite quitar un terminador.
2
Modbus por dentro
El protocolo más simple, más viejo y más usado de la industria
U3 · Modbus
Modbus: un idioma, dos caminos
Creado por Modicon en 1979; hoy abierto y libre.
Modbus RTU: por RS-485, en binario, con CRC.
Modbus TCP: por Ethernet, puerto 502, sin CRC: de eso se encarga TCP.
Modbus ASCII: variante serie antigua, casi en desuso.
¿Qué es el CRC?
Un control de errores: 2 bytes que el emisor calcula con todos los bytes de la trama y pone al final. El receptor repite la cuenta: si no le da lo mismo, la trama se dañó en el camino y la descarta sin contestar.
01esclavo
03función
00 00dirección
00 02cantidad
C4 0BCRC-16
Maestro ≈ cliente: el que pregunta. Esclavo ≈ servidor: el que contesta. Un mismo equipo puede ser cliente y servidor a la vez.
U3 · Modbus
Las 4 tablas de datos, y el famoso “+1”
Tabla
Notación
Tamaño
Acceso
Ejemplo
Coils
00001 – 09999
1 bit
Lectura/escritura
Encender una bomba
Entradas discretas
10001 – 19999
1 bit
Solo lectura
Estado de un final de carrera
Input registers
30001 – 39999
16 bits
Solo lectura
Temperatura medida
Holding registers
40001 – 49999
16 bits
Lectura/escritura
Consigna de velocidad
En la trama, la dirección empieza en 0. 40001 viaja como 0 · 40108 viaja como 107. Es la causa n.º 1 de “leo el registro de al lado”.
U3 · Modbus
Los códigos de función que vas a usar
Código
Qué hace
Tabla
01
Leer coils
0xxxx
02
Leer entradas discretas
1xxxx
03
Leer holding registers ← la más usada
4xxxx
04
Leer input registers
3xxxx
05 · 06
Escribir una coil · un registro
0xxxx · 4xxxx
15 · 16
Escribir varias coils · varios registros
0xxxx · 4xxxx
U3 · Modbus
Las tramas RTU y TCP
Modbus RTU · leer 2 registros desde 40001 del esclavo 1
01esclavo
03función
00 00dirección 0
00 02cantidad
C4 0BCRC-16
Modbus TCP · la misma petición
00 01transacción
00 00protocolo
00 06largo
01unit id
03función
00 00dirección
00 02cantidad
La parte del medio (función + datos = PDU) es idéntica. RTU le agrega dirección y CRC; TCP, la cabecera MBAP.
U3 · Modbus
Cuando algo sale mal
Respuestas de excepción
01
Función ilegal: el esclavo no la soporta
02
Dirección ilegal: ese registro no existe
03
Valor ilegal: cantidad o dato fuera de rango
04
Falla del esclavo
La respuesta trae la función + 0x80: 01 83 02 = excepción 02 de la función 03.
Sin respuesta (timeout)
Dirección del esclavo equivocada
Velocidad o paridad distintas
A/B invertidos, falta terminación
En TCP: IP, subred o servidor que no escucha en 502
U3 · Modbus
Modbus en la vida real
Escalado
Un registro es un entero de 16 bits, sin coma: en el ATV12, 25 Hz viaja como 250 (en 0,1 Hz). Lee el manual para saber la escala.
Valores de 32 bits
Ocupan 2 registros, y el orden de las palabras cambia según el fabricante. Si ves 1,2e+38, invierte las palabras.
El caso ATV12
Palabra de mando 8501, consigna 8502 (en 0,1 Hz: 250 = 25 Hz). En el S7-1200: DATA_ADDR 48503. Arranque: escribir 6 → 7 → 15. De fábrica: 19,2 kbit/s, 8E1.
Sin seguridad
Modbus no autentica ni cifra: quien llega a la red puede escribir. Lo retomamos en la S5.
Actividad · 4 minutos
RS-485 y el cableado serie
Actividad · 7 minutos
Modbus por dentro
Funciones, direcciones y tramas. Pueden usar el constructor de tramas: /lab/modbus.html
RT: datos cíclicos directo sobre Ethernet (EtherType 0x8892), del orden de milisegundos. No atraviesa routers.
IRT: ciclos de hasta 31,25 µs, con hardware compatible.
NRT: configuración y diagnóstico por TCP/IP, que sí se enrutan.
Cada equipo tiene un nombre; el controlador le asigna la IP (DCP). Archivo: GSDML.
Clase
Qué agrega
CC-A
RT, alarmas, diagnóstico, topología
CC-B
Diagnóstico SNMP; opcional MRP (anillo)
CC-C
IRT para control de movimiento
Mantiene PI (PROFIBUS & PROFINET International).
U3 · Ethernet industrial
PROFINET en la vida real
Así se conecta: el PLC y las estaciones en línea, de equipo en equipo. Cada uno trae un switch de 2 puertos: entra por P1 y sigue por P2.En campo (IP67): módulos de E/S en cadena con cables M12, sin armario ni switch aparte.ET 200S (IM151-3 PN): dos RJ45 = switch integrado.Acoplador de otra marca: con su GSDML se configura igual en TIA.Cable tipo A: 4 hilos + malla, verde por norma.M12 código D: el conector de campo; en el tablero, RJ45.
En el tablero: PLC1, PLC2 y el resto van por los switches A y B con RJ45. Con equipos de 2 puertos se puede armar la línea sin switch, y cerrar un anillo con MRP (CC-B).
U3 · Ethernet industrial
EtherNet/IP
Capa de aplicación: CIP, la misma de DeviceNet y ControlNet.
Scanner (PLC) y adapter (E/S, variadores).
Mensajes implícitos: E/S cíclicas por UDP 2222, cada RPI. Modelo productor/consumidor.
Mensajes explícitos: configuración y lecturas a pedido, por TCP 44818 (cliente/servidor).
Redundancia en anillo: DLR. Archivo: EDS. Mantiene ODVA.
Dónde se usa
Red nativa de Rockwell Automation (Allen-Bradley). Muy difundida en Norteamérica y en plantas con PLC ControlLogix y CompactLogix.
U3 · Ethernet industrial y buses
EtherCAT y CANopen
EtherCAT
Una trama recorre todos los esclavos: cada uno lee y escribe al vuelo.
Sin switches: cadena, árbol o anillo.
Relojes distribuidos: sincronía por debajo de 1 µs.
Ciclos de decenas de microsegundos. Mantiene ETG.
CANopen
Sobre bus CAN: multimaestro con arbitraje por prioridad.
Solo la gestión de red (NMT) es maestro/esclavo.
PDO: datos de proceso · SDO: parámetros.
Hasta 127 nodos; 1 Mbit/s en tramos cortos. Maquinaria móvil, médica, robots. Mantiene CiA.
U3 · Otros protocolos
Otros que vas a encontrar
Protocolo
Qué es
Dónde
S7 (Siemens)
ISO-on-TCP, puerto 102. PUT/GET requiere permiso en la CPU y DB no optimizado. Sin autenticación en su versión clásica
TIA Portal, HMI, PLC ↔ PLC Siemens
IO-Link
Punto a punto, cable de 3 hilos, hasta 20 m; diagnóstico y parámetros del sensor
Sensores y actuadores inteligentes
AS-Interface
Cable plano amarillo de 2 hilos: datos y energía
Sensores binarios simples
HART
Señal digital superpuesta al 4–20 mA (1200 bit/s)
Instrumentos de proceso
DeviceNet
CIP sobre CAN
Plantas Allen-Bradley antiguas
U3 · Otros protocolos
S7: la comunicación propia de Siemens
El cable: Ethernet normal, RJ45 o M12; el mismo de PROFINET.
ISO-on-TCP (RFC 1006): viaja por TCP/IP, puerto 102.
Lo usan TIA Portal, las HMI y la comunicación PLC ↔ PLC (PUT/GET).
PUT/GET: hay que permitirlo en la CPU servidora, y el DB no puede ser optimizado.
En su versión clásica no autentica: quien llega a la red puede leer y escribir. Se protege con la red (S5).
U3 · Otros protocolos
IO-Link: el sensor que también habla
El cable: el de siempre para sensores, de 3 hilos sin apantallar y con conector M12.
Punto a punto: un dispositivo por puerto del maestro IO-Link, a 20 m como máximo.
Datos de proceso cíclicos, más parámetros y diagnóstico a pedido (archivo IODD).
Usa el cable de 3 hilos de siempre: 24 V, 0 V y C/Q. A 4,8, 38,4 o 230,4 kbit/s.
Un puerto también sirve como entrada o salida digital común (modo SIO).
U3 · Otros protocolos
AS-Interface: datos y energía por un cable plano
El cable: plano y perfilado. Se conecta pinchándolo: los contactos perforan la funda, sin pelar ni cortar.
Maestro/esclavo: hasta 62 esclavos, cada uno con pocas entradas y salidas binarias.
Un solo par lleva datos y energía (30 V de una fuente AS-i).
Ciclo de 5 a 10 ms; hasta 100 m por segmento, más con repetidores.
Topología libre: línea, árbol o estrella, sin terminación.
U3 · Otros protocolos
HART: datos digitales sobre el 4–20 mA
El cable: el par trenzado apantallado del lazo 4–20 mA de siempre. No hace falta otro.
La medición sigue siendo analógica: el 4–20 mA de siempre.
Encima viaja una señal FSK de ±0,5 mA: 1200 Hz = 1, 2200 Hz = 0, a 1200 bit/s.
Su promedio es cero: no perturba la medición.
Sirve para configurar, calibrar y diagnosticar sin ir al campo. Necesita unos 250 Ω en el lazo.
U3 · Otros protocolos
DeviceNet: CIP sobre CAN, de Allen-Bradley
El cable: redondo de 5 hilos: datos, 24 V y malla. Grueso en la troncal, delgado en las derivaciones.
CIP sobre CAN: abajo, el bus CAN (como CANopen); arriba, CIP (como EtherNet/IP).
El cable alimenta a los equipos con 24 V.
Troncal con derivaciones cortas y 121 Ω en los dos extremos; hasta 64 nodos.
125, 250 o 500 kbit/s, para 500, 250 o 100 m de troncal. Hoy en retirada: se migra a EtherNet/IP con pasarelas.
U3 · Comparación
Ventajas y desventajas
Protocolo
Ventajas
Desventajas
Modbus RTU
Simplísimo, barato, lo tiene casi todo equipo
Lento con muchos esclavos; sin seguridad; sin diagnóstico
Modbus TCP
Simple sobre Ethernet; varios clientes; fácil de integrar
No determinista; sin seguridad; sin descripción de datos
PROFIBUS DP/PA
Probado, robusto; PA lleva energía y sirve en zonas Ex
Tecnología en declive; cableado y diagnóstico más exigentes
PROFINET
Determinista, diagnóstico rico, convive con TCP/IP; líder en nodos nuevos
RT no se enruta; IRT exige hardware; configuración más compleja
EtherNet/IP
Ethernet y TCP/IP estándar; fuerte en plantas Rockwell
Requiere buena gestión de multicast; ecosistema muy ligado a un fabricante
EtherCAT
El más rápido; sin switches; sincronía excelente
Topología propia: no se mezcla con Ethernet común en el mismo tramo
CANopen
Robusto, barato, ideal en máquinas compactas
Poca velocidad y distancia; 127 nodos
U3 · Comparación
¿Qué se instala hoy, y cómo elijo?
Nodos Ethernet industriales nuevos (2024)
PROFINET27 %
EtherNet/IP23 %
EtherCAT17 %
Modbus TCP4 %
Ethernet industrial: 76 % de los nodos nuevos. Fuente: HMS Networks, Industrial Network Report 2025.
Preguntas para elegir
¿De qué marca es el PLC? (PROFINET con Siemens, EtherNet/IP con Rockwell)
¿Qué tiempo de ciclo necesito? (movimiento: EtherCAT o IRT)
¿Hay zona Ex o instrumentos de proceso? (PA, Ethernet-APL, HART)
¿Qué traen los equipos que ya tengo? (Modbus está en casi todo)
¿Cuánto cuesta y quién lo va a mantener?
Actividad · 7 minutos
Protocolos industriales
Hechos de cada protocolo y casos reales para elegir.
Cuestionario · los temas de hoy
Cuestionario de la sesión
Un solo cuestionario, con una sección por tema: comunicación serie (RS-232 y RS-485), Modbus por dentro y protocolos industriales. Practiquen ahora todas las veces que quieran; el intento oficial lo hace cada uno hasta el miércoles 4 a las 19:00. Pueden usar el constructor de tramas.
Cierre
Lo que vimos hoy
RS-485: en línea, terminado en los dos extremos, 32 cargas; a más distancia, menos velocidad.
Modbus: 4 tablas, funciones 01–06/15/16, direcciones desde 0 en la trama; RTU con CRC, TCP con MBAP y puerto 502.
PROFINET RT salta IP y TCP; IRT necesita hardware; EtherNet/IP es productor/consumidor; EtherCAT procesa al vuelo.
Se elige por marca, tiempo de ciclo, entorno y equipos existentes.
Los protocolos clásicos no tienen seguridad: S5.
Próxima sesión · miércoles 4 de noviembre
S4 · Integración y configuración en TIA Portal
Veremos
Modbus TCP y RTU en el S7-1200, paso a paso
PUT/GET, HMI y PROFINET con equipos reales (Turck BL20, Festo CPX)
Diagnóstico de fallas típicas
Avance 2 del trabajo final: configurar en TIA
Para llevar
Avance 1 del trabajo final listo y autoevaluado
La tabla de protocolos de tu planta (parte 2.2)
TIA Portal instalado y PLCSIM
Un simulador Modbus en la PC (te paso el enlace en el LMS)
Gracias
El constructor de tramas y la animación de tiempo real quedan en el aula
