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AUTÓMATAS PROGRAMABLES Tema 3 Antonio Robles Álvarez

Índice









Introducción Estructura de un Autómata Programable Modos de operación Ciclo de funcionamiento Elementos de proceso rápido Configuración El estándar internacional IEC61131 Bibliografía

Antonio Robles, 2003

Tema 3. Autómatas Programables

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Introducción

Antonio Robles, 2003

(sustitución de armarios de relés)

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Estructura de un AP
Los elementos básicos son:
Unidad central de proceso (CPU) o unidad de control
Memoria
Interfaces de entrada y salida
Fuente/s de alimentación

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Estructura (III)

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Unidad central de proceso


Función principal:









Consulta el estado de las entradas. Recoge de la memoria la secuencia de instrucciones a ejecutar. Elabora las señales de salida.

También:



Comunica con periféricos Realiza chequeos, etc.

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Memoria


Sirve para almacenar los datos necesarios:





del proceso: entradas, salidas, variables internas. Constituyen la memoria interna. de control: Programa, configuración. Constituyen la memoria de programa.

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Memoria (II)


La memoria interna es de tipo RAM y se suele clasificar en:








Posiciones de 1 bit: imagen de e/s, relés internos, relés especiales/auxiliares Posiciones de byte o palabra: temporizadores, contadores, registros de uso general.

La memoria de programa suele ser externa y enchufable a la CPU (EPROM/EEPROM), aunque en la fase de prueba se suele usar RAM + batería. El SO suele ir en ROM.

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Memoria (III) Acceso a la imagen de e/s

Memoria de programa

Imagen de entradas

CPU

Imagen de salidas

Interfaz de entradas

Memoria de datos

Interfaz de salidas

Sensores Antonio Robles, 2003

Actuadores Tema 3. Autómatas Programables

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Interfaces de E/S


Establecen la comunicación entre CPU y proceso:






Entradas habituales:







Filtran, adaptan y codifican las señales de entrada Decodifican y amplifican las señales de salida. CC a 24 O 48 VCC. AC a 110 o 220 VAC. Analógicas de 0-10 V o 4-20 mA.

Salidas típicas:





Por relé Estáticas por triac a 220 V (max.) Colector abierto a 24 o 48 VCC. Analógicas de 0-10 V o 4-20 mA.

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Fuente de alimentación





Proporciona las tensiones y corrientes necesarias. Salvo en pequeños compactos, se suele separar al menos:





Alimentación del autómata (CPU, memoria e interfaces). Normalmente a 24 Vcc. Alimentación de los emisores de señal y de los actuadores de salida. Puede ir en continua o alterna según las necesidades.

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Modos de operación


RUN:





El programa ejecuta normalmente el programa de usuario.

STOP:







La ejecución se detiene (usuario, programa o error). Las salidas pasan a estado OFF. Las posiciones internas mantienen su estado. En el paso a RUN, todas las posiciones internas excepto las remanentes, pasan a OFF.

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Ciclo de funcionamiento Tensión

Proceso inicial Proceso común Ejecución del programa y e/s de datos

Comprobación del sistema físico (hardware) Borrado de variables internas, temporizadores y contadores Puesta a cero del perro guardián

Servicio a periféricos externos Antonio Robles, 2003

Comprobación de conexiones y memoria

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Ciclo de funcionamiento (II) Ejecución del NO ¿Comprobación programa y correcta? entrada/salida SI de datos Lectura de la interfaz de entrada

Indicador de error

Escritura de la interfaz de salida Ejecución del programa de usuario

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Ciclo de funcionamiento (III)


El tiempo de ciclo depende de:







número de entradas y salidas longitud del programa de usuario número y tipo de periféricos conectados

Será la suma de tiempos de:





autodiagnósticos actualización de E/S (retardos de conmutación) ejecución del programa (ms/Kinstrucción) servicio a periféricos

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Elementos de proceso rápido









Procesamiento de alarmas (interrupción externa) Procesamiento de rutinas periódicas (interrupción temporizada) Lectura de impulsos de alta frecuencia Detección de señales de corta duración

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Configuración


Unidad de control (UC)







Arquitectura de las tarjetas Arquitectura del sistema Redundancia

Sistema de E/S

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Arquitectura de las tarjetas





Las tarjetas de la UC, pueden llevar uno o varios procesadores. Procesador único:






Micro estándar Circuito ASIC específico

Procesadores múltiples:



DOBLE (bits y palabras) COPROCESADORES (supervisor, booleanos, aritméticos, otros)

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Arquitectura del sistema


Control centralizado: unidad de control




Control distribuido: Unidad de control modular




Posibles configuraciones (distribuido):

compacta (todas las E/S a una única CPU, monoproceso)

(varios procesadores con sus E/S conectados a una unidad central, multiproceso)




multiprocesadores centrales procesador central + procesadores periféricos procesadores en red

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Multiprocesadores centrales












Varias unidades centrales en un mismo bastidor gestionadas por una unidad de coordinación. Permite la estructuración de la tarea de control. En caso de ampliación basta con añadir otro procesador Se reducen los tiempos de respuesta frente a señales rápidas Ejemplo: Simatic S5-135 (hasta 4 unidades centrales). Procesadores disponibles: S (lógicas), R (aritméticas) y M (estadísticas y de gestión)

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Procesadores periféricos


Incorporan nuevas tareas descargando la CPU:







Transmisión de datos Posicionamiento de móviles sobre ejes Tratamiento de señales analógicas

Intercambian información con la CPU:




Parámetros de configuración Órdenes de control de funcionamiento Señales de interrupción, indicadores de fin, valores elaborados

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Procesadores en red


Mayor disponibilidad y puestas en marcha más rápidas

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Redundancia



Se pretende incrementar la disponibilidad Redundancia











total: 2 UC idénticas con sus propias E/S, acopladas entre sí y funcionando en paralelo parcial: 2 UC idénticas conectadas al mismo interfaz de E/S

Un firmware en las UCs o en los procesadores de acoplamiento gestiona la redundancia. Aumenta el tiempo de ciclo.

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Redundancia. Ejemplo

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Redundancia. Ejemplo (II)

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Configuración del sistema de E/S


Centralizadas






Autómatas compactos, µautómatas (+módulos) Autómatas modulares (+módulos y +bastidores)

Distribuidas





Locales (50-100 m). Bastidor de expansión Remotas (>100 m). Bus de campo Pueden disminuir los costes de instalación Aumenta la seguridad de la transmisión

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Configuración de un S5-135 EG 184U

6ES5 721-0xxx0

IM 312-5

EG185U IM 314 EG 184U

EG 185U máx. 4 EGs

IM 314

IM 312-5 6ES5 760-1AA11 IM 304

EG 184U

máx. 600m

IM 312-5 ZG S5-135U/155U

EG 185U

EG185U

IM 300-5

IM314

máx. 4 EGs

IM 314

6ES5 721-0xxx0

ZG S5-135U/155U

centralizada

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6ES5 760-1AA11

distribuida (propietaria) Tema 3. Autómatas Programables

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Configuración de E/S Remotas CPU

DP-Master

PLC

E/S, accionadores y dispositivos de campo inteligentes conectados a bus de campo estándar (PROFIBUS) Profibus DP

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Bibliografía




Siemens, Manual del S5-90 y S5-95 U Siemens, Manual del S5-135U y S5-155U Ballcells, J. Autómatas Programables, Marcombo, 1997









Cap. 4. Arquitectura interna del autómata Cap. 5. Ciclo de funcionamiento del autómata y control en tiempo real Cap. 6. Configuración del autómata

PLCOpen, traducido por Felipe Mateos, IEC 61131. Un recurso de programación estándar

Antonio Robles, 2003

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