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AUTÓMATAS PROGRAMABLES Tema 3 Antonio Robles Álvarez

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AUTÓMATAS PROGRAMABLES

Tema 3

Antonio Robles Álvarez

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Antonio Robles, 2003 Tema 3. Autómatas Programables 2

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

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Introducción (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)

CPU

Memoria de

programa

Memoria de datos

Imagen de salidas

Imagen de entradas

Interfaz de entradas

Interfaz de salidas

ActuadoresSensores

Acceso a la imagen de e/s

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Interfaces de E/S� Establecen la comunicación entre CPU y proceso:

� Filtran, adaptan y codifican las señales de entrada� Decodifican y amplifican las señales de salida.

� Entradas habituales:� 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

Proceso inicial

Ejecución del programa y e/s de datos

Servicio a periféricos externos

Proceso común

Tensión

Comprobación del sistema físico (hardware)

Borrado de variables internas, temporizadores y contadores

Puesta a cero del perro guardián

Comprobación de conexiones y memoria

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Ciclo de funcionamiento (II)

Ejecución del programa y entrada/salida de datos

Lectura de la interfaz de entrada

¿Comprobación correcta?

Escritura de la interfaz de salida

Ejecución del programa de usuario

Indicador de error

NO

SI

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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

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

� Control distribuido: Unidad de control modular (varios procesadores con sus E/S conectados a una unidad central, multiproceso)

� Posibles configuraciones (distribuido):� 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

EG 184U

EG 184U

IM 312-5

IM 312-5

IM 300-5

IM 312-5

ZG S5-135U/155U

IM 304

IM 314

IM 314

IM 314

IM314

EG185U

máx. 600m

6ES5 760-1AA11

6ES5 760-1AA11

ZG S5-135U/155U

6ES5 721-0xxx0

EG 185U

EG185U EG 185U

máx. 4 EGs

máx. 4 EGs

6ES5 721-0xxx0

centralizada distribuida (propietaria)

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Configuración de E/S Remotas

PLCCPU

DP-

Mas

ter

Profibus DP

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

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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