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ARQUITECTURA INTERNA DEL AUTÓMATA PROGRAMABLE O PLC
ARQUITECTURA INTERNA DEL AUTÓMATA PROGRAMABLE O PLC
Carlos CantoFacultad de Ciencias
UASLPUASLP
¿Qué es un Autómata Programable?Un autómata programable industrial (API) o Programable logiccontroller (PLC), es un equipo electrónico, programable en lenguaje no informático, diseñado para controlar en tiempo real y en ambiente de tipo industrial, procesos secuenciales.
Un PLC trabaja en base a la información recibida por los sensores y el programa lógico interno, actuando sobre los accionadores de la instalación.
Carlos CantoFacultad de Ciencias
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¿Dónde se usa un Autómata Programable?
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Un autómata programable suele emplearse en procesos industriales que tengan una o varias de las siguientes necesidades:
Espacio reducido. Procesos de producción periódicamente cambiantes. Procesos secuenciales. Maquinaria de procesos variables. Instalaciones de procesos complejos y amplios. Chequeo de programación centralizada de las partes del proceso. Aplicaciones generales: Maniobra de máquinas. Maniobra de instalaciones. Señalización y control.
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Entre la ventajas tenemos:
Menor tiempo de elaboración de proyectos. Posibilidad de añadir modificaciones sin costo añadido en otros componentes. Mínimo espacio de ocupación. Menor costo de mano de obra. Mantenimiento económico. Posibilidad de gobernar varias máquinas con el mismo PLC. Menor tiempo de puesta en funcionamiento. Si el PLC queda pequeño para el proceso industrial puede seguir siendo de utilidad en otras máquinas o sistemas de producción.
Ventajas e inconvenientes de los PLC's
Adiestramiento de técnicos. Costo.
Y entre los inconvenientes:
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Fuente de alimentación
CPU
Módulo de entrada
Módulo de salida
Terminal de programación
Periféricos.
PARTES DE UN AUTÓMATA PROGRAMABLEPARTES DE UN AUTPARTES DE UN AUTÓÓMATA PROGRAMABLEMATA PROGRAMABLE
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PARTES DE UN AUTÓMATA PROGRAMABLEPARTES DE UN AUTPARTES DE UN AUTÓÓMATA PROGRAMABLEMATA PROGRAMABLE
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PARTES DE UN AUTÓMATA PROGRAMABLEPARTES DE UN AUTPARTES DE UN AUTÓÓMATA PROGRAMABLEMATA PROGRAMABLE
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Programador de manoProgramador profesional tipo PC
TERMINALES DE PROGRAMACIÓNTERMINALES DE PROGRAMACITERMINALES DE PROGRAMACIÓÓNN
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Tipos de PLC´s
De gama baja:con E/S<256
De gama media:con 256<=E/S <=1024
De gama alta:
con E/S>1024
De acuerdo al número de Entradas y Salidas
Autómatas programablesAutómatas programables
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Tipos de PLC´s
De acuerdo a su conformación
Compactos:
tienen todas sus componentes electrónicas en un solo compartimiento
Modulares:
Las E/S son módulos o tarjetas independientes con varias E/S ,que se acoplan al bus con conectores .
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Ejemplo de PLC’s Compactos
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Algunos PLC’s ModularesEjemplo de tarjeta
o módulo de e/S FESTO
SIEMENS
Componentes de un PLC
MicroprocesadorMicroprocesador
Imagende
entradas
Imagende
entradas
Imagende
salidas
Imagende
salidas
Módulosde
salida
Módulosde
salida
Módulosde
entrada
Módulosde
entrada
El microprocesador no actúa en forma directa con las entradas y salidas del PLC.Para ello se usa la imagen de entradas y la imagen de salidas
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UASLPAutómatas programablesAutómatas programables
Memoria de
programa
Memoria de
programa
Componentes de un PLC
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UASLPAutómatas programablesAutómatas programables
Memoria imagen de E/S
Memoria imagen de E/S
MemoriaDe
datos
MemoriaDe
datos
temporizadorestemporizadores
contadorescontadores
Fuentede
alimentación
Fuentede
alimentación BateríaBatería
Bus internoBus interno
Interfases de
entrada
Interfases de
entradaUnidadcentral
Unidadcentral
InterfasesDe
salida
InterfasesDe
salida
Diagrama de bloques de la arquitectura de un PLC
EL CPU EL CPU
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UASLPAutómatas programablesAutómatas programables
La unidad central de procesamiento es un sistema microprocesadorque es la unidad de toma de decisiones en el PLC. También contiene el sistema de memoria. El CPU monitorea las entradas toma decisiones basadas en las instrucciones sostenidas en su memoria de programa, realiza conmutación, conteo, temporización comparación de datos y operaciones secuenciales.
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La CPU es el corazón del autómata programable. Es la encargada de ejecutar el programa de usuario mediante el programa del sistema (es decir, el programa de usuario es interpretado por el programa del sistema). Sus funciones son:
Vigilar que el tiempo de ejecución del programa de usuario no excede un determinado tiempo máximo (tiempo de ciclo máximo). A esta función se le suele denominar Watchdog (perro guardián).
Ejecutar el programa de usuario.
Crear una imagen de las entradas, ya que el programa de usuario no debe acceder directamente a dichas entradas.
Renovar el estado de las salidas en función de la imagen de las mismas obtenida al final del ciclo de ejecución del programa de usuario.
Chequeo del sistema.
EL CPU EL CPU
Memorias de un PLC
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UASLPAutómatas programablesAutómatas programables
Programas ejecutivosFirmware, del sistema
ROM EPROM
Programas ejecutivosFirmware, del sistema
ROM EPROM
Memorias temporalesRAM o EPROM
Memorias temporalesRAM o EPROM
Memoria Imagen o tablade estados de
entrada-salida (RAM)
Memoria Imagen o tablade estados de
entrada-salida (RAM)
Memoria de datosNuméricos y variables
Internas (RAM)
Memoria de datosNuméricos y variables
Internas (RAM)
Memoria del programasde usuario (RAM)
Memoria del programasde usuario (RAM)
Programa y memoria del sistema o firmware
Memoria de la tabla de datos
Memoria del programa del usuario
Memoria de usuario
Memorias de un PLC
Memoria ROM , no accesible desde el exterior, en la que el fabricante graba el programa monitor, sistema ejecutivo o firmware para realizar las siguientes tareas:Inicializa el PLC al energizar o restablecer (reset), inicia el ciclo de exploración de programa.Realiza autotest en la conexión y durante la ejecución del programa Comunicación con periféricos y unidad de programaciónLectura y escritura en las interfases de E/S.Contiene el interprete del programa del usuario, si existe.
Carlos CantoFacultad de Ciencias Carlos Canto Q.Facultad de Ciencias
UASLPAutómatas programablesAutómatas programables
Programas ejecutivosFirmware, del sistema
ROM EPROM
Programas ejecutivosFirmware, del sistema
ROM EPROM
Memorias temporalesRAM o EPROM
Memorias temporalesRAM o EPROM
Programa y memoria del sistema o firmware
Memorias de un PLC
La memoria de imagen de entradas y salidas:
Almacena las últimas señales tanto las leidas en la entrada como las enviadas a la salida actualizándose tras cada ejecución completa del programa
Las señales de entrada consideradas para el cálculo no son las actuales de la planta , sino las presentes en la memoria imagen leidos en el ciclo anterior.
Y los resultados obtenidos no van directamente a la interfaz desalida sino a la memoria imagen de salidas cuando finaliza cada ejecución del programa.
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UASLPAutómatas programablesAutómatas programables
Carlos CantoFacultad de Ciencias Carlos Canto Q.Facultad de Ciencias
UASLPAutómatas programablesAutómatas programables
Memoria imagen de entradas y salidas
Las imágenes de entradas y salidas del proceso existen por tres razones:
El sistema verifica todas las entradas al comenzar el ciclo. De este modo se sincronizan y ”congelan” los valores de estas entradas durante la ejecución del programa. La imagen del proceso actualiza las salidas cuando termina de ejecutarse el programa. Ello tiene un efecto estabilizador en el sistema.
El programa de usuario puede acceder a la imagen del proceso mucho más rápido de lo que podría acceder directamente a las entradas y salidas físicas, con lo cual se acelera su tiempo de ejecución.
Las entradas y salidas son unidades de bit a las que se debe acceder en formato de bit. No obstante, la imagen del proceso permite acceder a ellas en formato de bits, bytes, palabras y palabras dobles, lo que ofrece flexibilidad adicional.
Acceso a la memoria imagen de Entrada y Salida
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UASLPAutómatas programablesAutómatas programables
Interfaz de entradas
Interfaz de entradas
Imagen deentradas
Imagen deentradas
Memoriade
datos
Memoriade
datos
CPUCPU
Interfaz desalidas
Interfaz desalidas
Imagen desalida
Imagen desalida
Memoria deprograma
Memoria deprograma
a) consulta de entradas y carga en memoria imagen
Acceso a la memoria imagen de Entrada y Salida
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UASLPAutómatas programablesAutómatas programables
a) consulta de entradas y carga en memoria imagen
Acceso a la memoria imagen de Entrada y Salida
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UASLPAutómatas programablesAutómatas programables
Interfaz de entradas
Interfaz de entradas
Memoriade
datos
Memoriade
datos
CPUCPU
Interfaz desalidas
Interfaz desalidas
Imagen desalida
Imagen desalida
Memoria deprograma
Memoria deprograma
Imagen deentradas
Imagen deentradas
b) Ejecución del programa cargando resultados en memoria imagen de salida
Acceso a la memoria imagen de Entrada y Salida
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UASLPAutómatas programablesAutómatas programables
Interfaz de entradas
Interfaz de entradas
Imagen deentradas
Imagen deentradas
Memoriade
datos
Memoriade
datos
CPUCPU
Interfaz desalidas
Interfaz desalidas
Imagen desalida
Imagen desalida
Memoria deprograma
Memoria deprograma
c) Transferencia de resultados a interfaz de salida
Interfases de entrada y salidaInterfases de entrada y salidaInterfases de entrada y salida
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UASLPAutómatas programablesAutómatas programables
• Establecen la comunicación entre la unidad central y el proceso.
• Filtran• Adaptan• Codifican
Clasificación de las entrada y salida
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UASLPAutómatas programablesAutómatas programables
POR EL TIPO DE SEÑALES:Digitales de 1 bitDigitales de varios bitsAnalógicas
POR LA TENSIÓN DE ALIMENTACIÓN:De corriente continua ( estáticas de 24/110 Vcc)De CD a colector abierto (PNP o NPN)De CA (60/110/220 Vca)Salidas por relevador ( libres de tensión)
Interfaces de entrada y salida
misión : establecer un puente de comunicación entre el autómata y el proceso
Las interfaces de entrada filtran, adaptan y codifican de forma comprensible para la CPU, las señales procedentes de los elementos de entrada.
Las interfaces de salida son las encargadas de decodificar, y amplificar las señales generadas durante la ejecución del programa antes de enviarlas a los elementos de salida.
Interfaces de entrada y salidaEn los autómatas pequeños, el tipo de interfaces disponibles suele ser limitado, siendo las más frecuentes, clasificadas por entradas y salidas:
– Entradas
Corriente continua a 24 ó 48 Vcc.
Corriente alterna a 110 o 220 Vca.
Analógicas de 0-10 Vcc o 4-20 mA
– Salidas
Por relé.
Estáticas por triac a 220 Vca máximo.
Colector abierto para 24 o 48 Vcc.
Analógicas de 0-10 V o 4-20 mA.
Clasificación de las entrada y salida
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UASLPAutómatas programablesAutómatas programables
POR EL AISLAMIENTO:Con separación Galvánica (optoacopladores)Con acoplamiento directo
POR LA FORMA DE COMUNICACIÓN CON LA UNIDAD CENTRAL:
Comunicación serieComunicación paralelo
POR LA UBICACIÓN:Localesremotos
Ciclo de operación del PLC (SCAN)
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UASLPAutómatas programablesAutómatas programables
Ciclo de operación del PLC (SCAN)
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UASLPAutómatas programablesAutómatas programables
Leer status de las
entradas
Leer status de las
entradas
Ejecutar programade control
y accionar/ apagarbobinas internas
Ejecutar programade control
y accionar/ apagarbobinas internas
Actualizar salidasActualizar salidas
arranque
Ejecución del programa