Unidad 1 - Autómatas Programables en las Instalaciones Térmicas y de Fluidos

CPR de BadajozCurso 2012 /2013

UD1.Introducción a los Autómatas ProgramablesJosé María Delgado CasadoProfesor Técnico FP Instalaciones Electrotécnicas IES JAVIER GARCÍA TÉLLEZ (Cáceres)

Curso Autómatas Programables IES San Roque (BADAJOZ)

UD1. Introducción a los autómatas programables1. Automatismos cableados y programados.

AUTOMATISMO: Dispositivo capaz de realizar secuencias de acciones sin intervención directa del usuario.

Tradicionalmente se han distinguido dos grandes paradigmas en la automatización:

José María Delgado Casado

AUTOMATISMOSCABLEADOS

AUTOMATISMOSPROGRAMADOS

Soluciones económicas para automatización discreta. Rápido montaje sin conocimientos de automatización

programada. Simplicidad con número reducido de elementos.

Implementados en base a la interconexión de elementos discretos (relés, contactores, dispositivos de protección, temporizadores, relés-borna,...)

X Complejidad exponencial al aumentar el número de elementos.X Difícil diagnóstico de disfunciones y averías.X Rigidez respecto a cambios en los procesos productivos.

Foto: José Luis Montalvillo Foto: Siemens

Fácilmente adaptable a cambios productivos. Posilibidad de integración en sistema de comunicación. Complejidad escalable acorde con la función.

Existe una unidad central de proceso (CPU), que sustituye al esquema de mando en base a elementos interconectados.

X Solución poco económica en sistemas sencillos.X Necesidad de conocimientos específicos de programación.


UD1. Introducción a los autómatas programables1. Automatismos cableados y programados.

Los automatismos programados tienen como base el PLC (Programmable Logic Controller) ó Controlador Lógico Programable: dispositivo electrónico, capaz de ser programado externamente y que posibilita el control de procesos industriales.


Foto: Корзина

Son dispositivos fácilmente programables por la mayoría de los técnicos. Enormemente versátiles. Permiten cambios en el proceso productivo de forma sencilla. Son integrables en sistemas de comunicaciones. Largo tiempo de vida. Adaptables a entorno industrial (de forma física y lógica). Escalables en complejidad y funcionamiento dependiendo del sistema en que deban ser integrados.

Los PLCs surgen como evolución natural a la necesidad industrial de facilitar los cambios en los procesos, y corre paralela a la evolución electrónica de los dispositivos en el último cuarto del s.XX, habiendo evolucionado desde el MODICON 084 (Bedford Associates, posteriormente Gould Electronics, posteriormente AEG y posteriormente Schneider Electric).

MODICON 084

ZELIO (Schneider Electric)

CP1L (Omron)

S7-400 (Siemens)


UD1. Introducción a los autómatas programables2. Estructura externa del autómata programable.

El autómata programable tiene una estructura externa tan variada como marcas, modelos, aplicaciones y entornos existen. No obstante, al igual que un coche tiene siempre puertas, motor y cristales, los PLCs comparten características comunes desde el punto de vista físico (externo) y lógico (interno).


CPU

Procesador

Memoria

Fuen

te d

e al

imen

taci

ón

Interfaz de salidas

Com

unic

acio

nes

Interfaz de entradas

PC

Red

elé

ctric

a



Desde un punto de vista externo y atendiendo a la modularidad, existen varios tipos de autómatas programables:


A) Autómatas de estructura compacta:

Es lo más común entre los autómatas de nivel de sensor / actuador y nivel de campo (autómatas de gama baja y del tipo relé programable). Constan de un único bloque en el que se integran los elementos anteriormente vistos (interfaz de E/S, fuente de alimentación, CPU, interfaz de comunicaciones, accesorios,...).

Puerto de comunicaciones (RS-485)(Conexión a PC / Comunicación PPI)

Interfaz de salidas

Interfaz de entradas

Expansión

Fuente de alimentación (integrada)

Foto: Siemens




B) Autómatas de estructura modular:

Es una estructura más típica de autómatas de nivel jerárquico superior (nivel de campo y nivel de célula), destinados a gobernar redes de autómatas y al almacenamiento y volcado de datos en sistemas de gestión industrial centralizada). Los modulos son individuales e interconectables entre sí, pudiendo adoptar una estructura crecedera en función de las necesidades de E/S, comunicación, alimentación, etc.

Foto: Siemens

Fuente de alimentación

CPU

Interfaz de entradas DI Interfaz de salidas D0

Interfaz de E/S DI/DO




2.1. CPU.

La CPU (Central Process Unit o Unidad Central de Proceso) está constitutida por el microprocesador y la memoria del PLC, y se encarga de la coordinación de tareas, almacenamiento y control de comunicaciones y periféricos del dispositivo y procesamiento del programa de usuario.

La CPU dispone de varias memorias diferentes, cada una destinada a una misión diferente:

Memoria Lectura / Escritura Sólo lectura Aplicaciones

VOLÁTIL RAM Datos internosMemoria imagen E/S

NO VOLÁTIL

ROMFirmware

Rutinas y funciones

Intérprete

NO VOLÁTIL

EPROM Programa de usuario (depurado)

NO VOLÁTIL

RAM+BateríaEPROM+Batería

Programa de usuarioDatos internos mantenidos

ParámetrosRTC




2.1. CPU.

Tanto el S7-200 como el S7-1200 de Siemens poseen diversas CPUs. Se diferencian en cantidad de memoria, rapidez de proceso, posibilidades de ampliación de módulos, comunicaciones integradas, etc.

S7-200 (Siemens)

CPU 21x




2.1. CPU.

S7-200 (Siemens)

CPU 22x




2.1. CPU.

S7-1200 (Siemens)

CPU 1200




2.2. Fuente de alimentación.

Todos los modelos de PLC incorporan una fuente de alimentación que tienen como misión la conversión de la ac de red en cc para poder alimentar los circuitos integrados y los componentes electrónicos del interior del autómata. Por lo general, la tensión de trabajo interna suele ser de 24 Vcc.

En el caso de los PLCs compactos (como S7-200 y S7-1200), la fuente viene integrada en el cuerpo del autómata, dando la posibilidad de alimentación de elementos a 24 Vcc si la alimentación del dispositivo es a 230 Vca.

En el caso de los PLCs modulares, la fuente de alimentación debe tener capacidad suficiente para alimentar CPU, módulos E/S, módulos de comunicaciones y captadores activos (si se incorporan).

Además, las fuentes de alimentación implementan características como:

Aislamiento frente al ruido electromagnético, común en los ambientes industriales. Aislamiento o independización de alimentación mediante fuentes separadas (CPU, E y S). Bus interno desde CPU a resto de unidades para la alimentación. Batería interna para el mantenimiento de algunas posiciones de memoria, con capacidad de entre 1500 y 5000 mAh. (...)

Foto: Siemens

Fuente de alimentación 5A para S7-300 / 400





Los S7-200 y S7-1200 de Siemens pueden tener alimentación en AC ó DC. En el primer caso cuentan con fuente de alimentación interna, si bien los modelos DC requieren una alimentación externa a 24 Vcc.

La alimentación a AC ó DC puede identificarse en las características del modelo:

S7-1200 (Siemens)

S7-200 (Siemens)

Indica el tipo de alimentación de CPU

Indica el tipo de alimentación de CPU





Las fuentes de alimentación del S7-200 es capaz de proporcionar hasta 280 mA, mientras que la del S7-1200 puede proporcionar hasta 300 mA. De esta capacidad es necesario restar las demandas de los elementos del sistema (módulos de ampliación, comunicaciones, etc...). La tensión proporcionada en ambos casos es de 24 Vcc.

Fuente de alimentación 24 Vcc

Fuente de alimentación 24 Vcc

230 Vca




2.3. Módulos de E/S.

Los interfaces de E/S establecen la comunicación entre los elementos externos al autómatas y la CPU.

Tienen como función en el caso de los interfaces de entrada, filtrar, adaptar y codificar de forma comprensible para la CPU las señales procedentes de los elementos de entrada.

Los interfaces de salida, en cambio, deben decodificar y ampliar las señales generadas durante la ejecución del programa antes de enviarlas a los elementos de salida.

Son especialmente relevantes los módulos de E/S de señal, que pueden clasificarse en:

Señales discretas (0/1) Señales continuas (rango)

Módulos de entradas analógicas. Módulos de salidas analógicas.

Módulos de entradas digitales. Módulos de salidas digitales.

Incorporados en los bloques compactos de S7-200 y S7-1200 (variables en número según modelo).

No incorporados en bloques compactos de S7-200, pero sí incorporadas 2 AI en bloque compacto de S7-1200.





Los módulos de entradas digitales reciben información de control de un proceso, máquina o instalación, dirigiendo esta información adaptada a la CPU, que procesará los datos en base al programa residente en memoria.

Al módulo de entradas digitales pueden conectarse captadores pasivos o activos libres de tensión o con tensión a 24 Vcc (en el caso de S7-200 y S7-1200), tales como pulsadores, sensores inductivos / capacitivos / ultrasonidos, detectores de magnitud, sensores electromecánicos, etc.

Foto: IP83 Foto: mecanicaelectric Foto: fornvalls Foto: Rockwell Aut.

Foto: Siemens





Existen dos posibilidades de alimentación de entradas digitales en los autómatas programables de nivel de sensor / actuador:

Entradas a 24Vcc Entradas a 230Vca

24 Vcc

L+ M I1 I2 I3 I4 I5

Sensor pasivo

Sensor activo

24 Vcc

L+ M 1M I1 I2 I3 I4

Sensor pasivo

Es lo más común en autómatas industriales a nivel de sensor / actuador (2ª cifra DC en modelos)

Reservado a autómatas de aplicación domótica o de gestión de edificios (tipo LOGO o Zelio).





Los módulos de salidas digitales tienen como misión enviar las señales de activación y desactivación a los actuadores (bobinas de contactores, relés, triacs, lámparas, etc).

La CPU realiza la conmutación de las salidas digitales en función de las condiciones procesadas por el programa de usuario y el estado de las entradas, propagándose la señal a los preactuadores y actuadores.

Foto: Siemens

Foto: Telemecanique Foto: Telemecanique Foto: Siemens





Existen dos posibilidades de salidas digitales: salidas a relé y salidas a transistor:

- Las salidas a relé incorporan un microrelé en el módulo de salidas que realiza la conmutación de la misma cuando la imagen del proceso de las salidas así lo refleja tras el ciclo de scan.

- En las salidas a transistor, por contra, no existe conmutación mecánica, sino electrónica, pasando un transistor de corte a saturación tras la modificación de la tensión en puerta.

Tanto en el S7-200 como en el S7-1200 existen modelos con salidas a relé y con salidas a transistor. Ambos tipos de salidas son libres de tensión. Pueden identificarse en su modelo de CPU:

CPU 224 AC/DC/RLY

CPU 224 DC/DC/DC

CPU 1211C AC/DC/RLY

CPU 1211C DC/DC/DC

Imagen: J.C.M. Castillo (REEA)

Imagen: J.C.M. Castillo (REEA)

S7-200 (Siemens)

S7-1200 (Siemens)





A la hora de realizar el conexionado de las salidas digitales, no hay que olvidar que estas salidas son libres de tensión, por lo que es independiente el conexionado de salidas alimentadas a 230Vca como el de salidas conectadas a otras tensiones (24Vcc)

Salidas a 24Vcc

1L .1 .2 .3 2L .4 .5

KM1 (230 Vca)

L

N

24 Vcc

M

KM2 (24 Vcc)Salidas a 230 Vca





Los módulos de entradas analógicas y salidas analógicas permiten tratar valores dentro de un rango. De esta forma, no reciben de los sensores o envían a los actuadores valores todo / nada, sino valores dentro de un rango de tensión / corriente.

Los estándares más habituales de tensión / corriente empleados para entradas y salidas analógicas son:

Tensión Corriente

0 a 10 Vcc 4 a 20 mA

-10 a +10 Vcc 0 a 20 mA

2 a 10 Vcc 1 a 5 mA

0 a 5 mA

Dado que el PLC sólo trata internamente en memoria información digital, los módulos de E/S analógicos deben realizar un escalado de valores en el programa de usuario para el tratamiento de la señal.

Rango de señal

0V 10 V

-32768

+32767

Mem

oria





El número de E/S disponibles depende del modelo de autómata:

S7-200 (Siemens)

El número de E/S, tanto digitales como analogicas, puede ser ampliado mediante módulos de ampliación. No obstante, todas las CPUs no soportan el mismo número de módulos subordinados, por lo que es conveniente conocer las posibilidades de ampliación de las mismas si se preveen cambios en los procesos productivos.

CPU Modelo DI DO AI AO

S71200CPU 1211CCPU 1212C

6 4 2 0

S7200 CPU 224 14 10 0 0

S7-1200 (Siemens)

CPU 1211C





El S7-200 (CPU 224) y el S7-1200 (CPU 1211C y 1212C) cuentan con las siguientes posibilidades de ampliación de E/S:

S7-200 (Siemens)S7-1200 (Siemens)

Ampliable mediante: módulos EM 2xx

CPU 224CPU 1211C CPU 1212C

NO ampliable en DI/DO con SM

SÍ ampliable en DI/DO con SM

SÍ ampliable mediante Signal Board

Permiten incorporar AO sin necesidad de SM




2.4. Otros elementos físicos: puertos de comunicaciones.

El S7-200 posee un puerto RS-485 integrado (excepto CPU 224XP y 226, que poseen 2) que permite su comunicación vía PC o su integración en red (vía protocolos PPI, MPI ó Freeport), con un rango de velocidades de comunicación entre 1.2 y 187.5 Kbps.

Foto: Siemens

El S7-200 posee un puerto RS-485 integrado (excepto CPU 224XP y 226, que poseen 2) que permite su comunicación vía PC o su integración en red (vía protocolos PPI, MPI ó Freeport), con un rango de velocidades de comunicación entre 1.2 y 187.5 Kbps.

Dado que la mayoría de los equipos programadores (PC) no disponen de interfaz RS-485 (excepto PCs industriales), de cara a la comunicación PG/PC, es necesario establecer un interfaz de comunicación con el equipo desde el PC (vía USB o vía RS-232).

PC/PPI USB PC/PPI RS-232

Necesita adaptador + drivers USB-RS232 (no presente en PCs y portátiles)

RS-485




2.4. Otros elementos físicos: puertos de comunicaciones.

El S7-1200 no incorpora puerto RS-485 (aunque sí es posible incorporarlo vía CM 1241), pero sí incorpora por defecto puerto integrado Ethernet para comunicación PG/PC o para su integración en red Ethernet / Profinet.

Foto: aest.it

RJ-45

Si la comunicación se realiza de forma directa PG/PC, deberá emplearse un cable cruzado de red para la comunicación (si bien la mayoría de sistemas cuenta con autodetección de comunicación directa/cruzada).

Ethernet Cross-over

Foto: Asavin

De cara a la comunicación directa, es necesario asegurarse de que ambos dispositivos se localizan en la misma subred (rango de direcciones IP común).

La incorporación de Ethernet a los interfaces de comunicación de autómatas de gama baja como el S7-1200 permite una sencilla integración en red, posibilitando además el uso de protocolos deterministas (ProfiNET), con altas velocidades de comunicación y la posibilidad de integración en sistemas informáticos complejos.




2.4. Otros elementos físicos: modo de funcionamiento (RUN/TERM/STOP).

El S7-200 incorpora un interruptor físico para el control del modo de funcionamiento, que puede adoptar tres posiciones:

- RUN: el autómata corre el programa de usuario de forma continua, vigilando el estado de las entradas y actuando en consecuencia.

- STOP: el autómata no corre el programa de usuario.

- TERM: la posición TERM no cambia el modo de funcionamiento del PLC (RUN ó STOP), pero sí permite el control del modo de funcionamiento desde el PC.

Señalización modo de funcionamiento

El S7-1200 no incorpora interruptor físico para el control del modo de funcionamiento. La conmutación entre modo STOP y RUN sólo se puede realizar desde el PC (o desde el programa de usuario si está preparado para ello).

Ambos equipos incorporan la señalización del modo de funcionamiento mediante LEDS de estado.

Imagen: Siemens LEDs de estado S7-1200




2.4. Otros elementos físicos: potenciómetros analógicos (sólo S7-200)

El S7-200 incorpora 1 ó 2 (en función de CPU) potenciómetros analógicos en las CPUs 22x de 8 bits integrados.

Los potenciómetros analógicos permiten ajustar de forma directa, sin necesidad de intervenir en el programa de usuario, secuencias de proceso y ajustar valores en memoria, valores de tiempo, preajuste de contadores, etc.

De esta forma, sin necesidad de cambiar el programa, puede actuarse sobre un tiempo de arranque de motor, ajuste de tiempo de soldadura, valores de contaje de células, etc.

El S7-1200 no incorpora potenciómetros integrados, pero sí 2 AI mediante las cuales poder realizar la conexión externa de potenciómetros, sensores, etc., con una resolución de 10 bits.

Imagen: Siemens




2.4. Otros elementos físicos: cartucho / tarjeta de memoria.

Tanto el S7-200 como el S7-1200 incorporan la posibilidad de integrar cartucho de memoria (Memory Cartridge en S7-200) ó tarjeta de memoria (Memory Card en S7-1200) para ampliar la memoria de almacenamiento.

Mediante los cartuchos o tarjetas de memoria es posible realizar el volcado de configuración, programa y RAM entre autómatas programables sin necesidad de carga desde PC.

En el caso de las Memory Card del S7-1200 sólo es posible usar las Siemens Memory Card, de forma que el autómata no admite otro tipo de tarjetas de almacenamiento (tampoco las de S7-300 ó S7-400):

Imagen: Siemens




2.5. Otros elementos físicos: reloj de tiempo real (RTC).

Una de las funcionalidades que implementa los autómatas de nivel de campo / sensor-actuador es la integración de un reloj en tiempo real (RTC o Real Time Clock).

Mediante el RTC es posible realizar funciones dependientes de calendario, como la activación / desactivación de salidas en fechas y horas, el almacenamiento de datos de fechas y operaciones dependientes de los mismos (p.e. orientaciones de sistemas por calendario, como en seguidores solares), etc.

Imagen: RS-online

El reloj en tiempo real viene integrado en S7-1200, pudiendo operarse con él de forma directa.

En el caso del S7-200 el reloj viene incluido en algunas CPUs, mientras que no lo hace en otras, estando disponible como hardware externo insertable en la ranura de cartucho de memoria.




2.6. Elementos físicos externos.

Los autómatas de nivel sensor / actuador y campo incorporan la posibilidad, vía interfaz de comunicaciones, de conexión a múltiples elementos externos del sistema de automatización que complementan la funcionalidad de los mismos:

- Visualizadores y pantallas de operación HMI (Human Machine Interface): Tienen como misión modificar parámetros de sistema, obtemer mensajes de alarma, visualizar el estado de proceso, forzar entradas / salidas, etc.

Existen como elementos únicamente textuales (como el TD200 para el S7-200) o como elementos gráficos (como los paneles HMI, con una amplia gama de pantallas de información, táctiles, etc.), y suelen emplearse como puesto de supervisión en procesos industriales que necesiten interacción continua.

- Interfaces de comunicación: tanto para S7-200 como el S7-1200 existen multitud de módulos de comunicaciones (CM, CP, TC,...) que permiten integrar comunicaciones con diversos protocolos para la integración en redes de comunicación. De este modo existen módulos Ethernet (CP 243-1) ó Profibus (EM 277) para el S7-200, o módulos RS-232 ó RS-485 (CM 1241 232 ó 485) para el S7-200.

De la misma forma, existen interfaces GSM ó GPRS para la comunicación en red de datos telefónica (TC35i para S7-200 ó CP 1242-7 para S7-1200), o para la integración de los autómatas en redes ASi ó MODBUS.

- (...)


UD1. Introducción a los autómatas programables3. Estructura interna del autómata programable.


3.1. Mapa de memoria.

El funcionamiento y la programación de un autómata programable se basa en la estructura de su mapa de memoria: cómo y dónde almacena los datos, cómo y los procesa, cómo vigila el estado de E/S y opera en consecuencia, etc.

La estructura de la memoria de un autómata programable puede clasificarse de forma general en 4 grandes áreas:

1. Memoria del programa de usuario: En esta zona queda almacenado el programa de usuario que se ejecuta cíclicamente.

2. Memoria de la tabla de datos: Se estructuras en áreas. Cada una de ella está destinada a almacenar un tipo de dato distinto y con una funcionalidad diferente. De este modo, habrá un área de entradas, otro de salidas, de marcas internas o locales, de temporizadores, de contadores...

3. Memoria del sistema: Aquí se encuentra almacenado el firmware del sistema. Es el sistema operativo del autómata, ejecutado y controlado por el microprocesador.

4. Memoria de almacenamiento: Se trata de memoria externa que empleamos para almacenar el programa de usuario. Suele ser de tipo EPROM o EEPROM.

Los autómatas programables almacenan los datos que procesan en diferentes áreas de memoria. El desarrollo de programas requiere conocer de forma adecuada cuáles son estas áreas de memoria para poder acceder a las mismas y direccionar las instrucciones. Cada autómata programable tiene una estructura de memoria (mapa de memoria) diferente, con nombres particulares y tamaños distintos.

Programa de usuario Bloque de datos

Memoria de sistemaMemoria de

almacenamiento




3.1. Mapa de memoria.

Aunque el mapa de memoria de cada autómata programable es muy diferente entre sí, en los autómatas de nivel sensor / actuador o campo existen una serie de áreas comunes y tipificadas, cuya nomenclatura cambia, pero no su finalidad. Algunas de ellas son las siguientes:

1) Área de entradas: El área de entradas es una zona de la tabla de datos destinada a almacenar el estado de la imagen del proceso de las entradas. De esta forma, en cada ciclo de scan (ciclo de ejecución del programa de usuario), el autómata programable escanea el estado de las entradas y las almacena en el área de memoria destinada a ello.

2) Área de salidas: De forma análoga al área de entradas, almacena el estado de la imagen del proceso de las salidas.

3) Área de marcas: El área de marcas está diseñada para ser empleada como relés de control que almacenen el estado inmediato de una operación u otra información de control.

4) Área de temporizadores: Área específica destinada a almacenar valores de temporizadores empleados en programa de usuario.

5) Área de contadores: Área específica destinada a almacenar valores de contadores empleados en programa de usuario.

6) Área de bloque de datos / variables: Área destinada al almacenamiento de datos necesarios en el programa de usuario.

Imagen: Siemens




3.2. Estructura de la memoria.

El mapa de memoria de cada autómata programable se estructura en unidades de información.

- BIT: El bit es la cantidad de información más pequeña en un sistema digital. Sólo puede almacenar dos estados: 0 ó 1, activado o desactivado.

- BYTE (B): La CPU organiza los bits de datos en grupos. Cada grupo de 8 bits se denomina byte. Cada bit del grupo está definido por una posición propia con una dirección específica, compuesta por la dirección del byte y la del bit referido.

La posición del bit dentro del byte suele denominarse peso, ya que en la codificación binario-decimal la posición de dicho byte determina la influencia en el resultado de la conversión. De esta forma, al primer bit del byte se le denomina LSB (Less Significant Bit ó Bit Menos Significativo), mientras que al último bit del byte se le denomina MSB (Most Significant Bit ó Bit Más Significativo).

MSB LSB

- PALABRA (W): Un grupo de dos bytes se denomina palabra. Los bytes deben ser para ello consecutivos.

- DOBLE PALABRA (DW): Se denomina doble palabra a dos palabras consecutivas (1 doble palabra = 2 palabras = 4 bytes = 32 bits).




3.3. Tipos de datos.

A pesar de que todos los datos en la memoria del PLC se estructuran en base a las formaciones anteriores, la codificación de los mismos puede hacerse en los denominados tipos de datos.

RangoRangoRango

Tipo de dato Byte (8 bits) Word (16 bits) Double Word (32 bits)

Bool ---- ---- ----

Entero sin signo 0 a 255 0 a 65535 0 a 4.294.967.295

Enterno con signo -128 a +127 -32768 a +32767 -2.147.483.648 a +2.147.483.647

Real en coma flotante ---- ----+1,175495E-38 a +3,402823E+38 (positivo)

-1,175495E-38 a -3,402823E+38 (negativo)

Fecha ---- D#1990-1-1 a D#2168-12-31 ----

Hora ---- ---- TOD#0:0:0.0 a TOD#23:59:59.999

Char 0 a 255 (1 byte por carácter) ---- ----

DTL (12 bytes) Mín.: DTL#1970-01-01-00:00:00.0 Máx.: DTL#2554-12-31-23:59:59.999 999 999(12 bytes) Mín.: DTL#1970-01-01-00:00:00.0 Máx.: DTL#2554-12-31-23:59:59.999 999 999(12 bytes) Mín.: DTL#1970-01-01-00:00:00.0 Máx.: DTL#2554-12-31-23:59:59.999 999 999

(1) Común a S7-200 y S7-1200.(2) Sólo S7-200.(3) Sólo S7-1200.

(3)

(1)

(1)

(1)

(1)

(3)

(1)

(3)




3.3. Tipos de datos.

El compendio anterior de tipos de dato es un compendio de los especificados en sus respectivos manuales de sistema para el S7-200 y el S7-1200:S7-1200

S7-200




3.4. Direccionamiento.

Para que un PLC puede procesar datos de las áreas de memoria, es necesario referir de forma adecuada dichas zonas en la codificación del programa. Hacer esto implica naturalmente conocer el mapa de memoria del autómata programable. Existen dos formas de poder referir áreas de memoria en el programa de usuario: direccionamiento directo y direccionamiento indirecto.

El primero (direccionamiento directo) es el más habitual, mientras que emplear el segundo implica el uso de punteros, estando por tanto reservado a operaciones o funciones muy específicas.

ACRÓNIMO DE ÁREA + FORMATO DE DIRECCIÓN

El direccionamiento directo se basa en indicar el acrónimo de área de memoria y el formato adecuado a la dirección referido (bit, byte, palabra, doble palabra o bloque de datos):

El S7-200 y el S7-1200 comparten algunas áreas comunes de memoria, pero no otras. Las más relevantes son las siguientes:

Zonas de memoria Identificador Siemens Procesan / Almacenan

Entradas I Entradas físicas

Salidas Q Salidas físicas

Marcas M Variables de procesamiento interno

Temporizadores T Valores de tiempo

Contadores C Valores de contaje

Variables de sistema SM Operaciones de sistema

Variables V Datos de variables

Bloque de datos DB Datos de variables

(2)

(2)

(3)





Para acceder a un bit en un área de memoria es preciso indicar la dirección del mismo, compuesta por un identificador de área, la dirección del byte y el número del bit, en el siguiente formato:

Exiten áreas de memoria a las que es puede ser necesario referirse con una dirección en formato byte, palabra o doble palabra (I, Q, V, SM, ...), indicando para ello el acrónimo de área, el formato referido (B, W, D) y el número de dirección:





Existen otras áreas de memoria (temporizadores, contadores, acumuladores,...) a las que es preciso acceder utilizando una dirección compuesta por identificador de área y número de elemento:

T37, C1, AC0,...

El S7-1200 hereda características de modelos superiores (S7-300, S7-400 y ahora S7-1500) como los bloques de datos, no presentes en el S7-200.

Los bloques de datos (DBs) se utilizan para almacenar diferentes tipos de datos, incluyendo el estado intermedio de una operación u otra información de control, así como estructuras de datos requeridas para numerosas instrucciones, p. ej. temporizadores y contadores.

A pesar de que el funcionamiento del direccionamiento directo en el S7-1200 es similar al S7-200, debido a la diferencia de arquitectura lógica, TIA Portal V11 SP2 permite referenciar multitud de parámetros de áreas de memoria, que en el caso de MicroWIN no es posible.

Los bloques de datos en el S7-1200 pueden ser bloques de datos globales (accesibles desde cualquier función, bloque de función o parte de programa del PLC) o bloques de datos de instancia (accesibles únicamente desde bloques de función que necesitan del almacenamiento de datos específicos).

Los bloques de datos (DB) llevan su propio tipo de direccionamiento, de modo que éste debe hacerse de la siguiente forma:




3.5. Ciclo de scan.

El PLC ejecuta el programa de usuario de forma repetitiva. Esta ejecución se denomina ciclo de scan, y se ejecuta de forma permanente (excepto en el primer ciclo de scan, que se realizan tareas adicionales). De esta forma, en cada ciclo el PLC realiza una serie de tareas repetitivas:

1. Lectura de entradas: el PLC copia el estado de las entradas en un área de memoria específica denominada “imagen de estado de las entradas”. De esta forma podrá operar en el programa de usuario con su estado. Si una entrada cambia durante el proceso de ciclo de scan, no será hasta el siguiente ciclo que se tenga en cuenta dicho cambio.

2. Ejecución de la lógica de control de programa: El PLC ejecuta el programa de usuario y guarda los valores en diversas áreas de memoria, entre ellas en la imagen de proceso de las salidas.

3.Proceso de las peticiones de comunicación: El PLC ejecuta las tareas de comunicación establecidas en configuración o en programa de usuario.

4. Ejecución del autodiagnóstico del PLC: se verifica el firmware, la memoria de programa y módulos de ampliación, y se actualizan los registros dependientes de los mismos.

5. Escritura de salidas: Se actualiza el estado de las salidas a partir de la imagen de proceso de las salidas.

El tiempo de scan se define como el empleado para ejecutar los pasos anteriores, y puede variar entre 3 y 10 milisegundos, dependiendo de varios factores: modelo de autómata y procesador, tamaño de programa, operaciones de comunicación dependientes, etc.

Imagen: Siemens




3.5. Ciclo de scan.

En el caso del S7-200 y S7-1200, el ciclo de scan puede considerarse que consta de 3 partes, como puede verse en la figura inferior. Estas 3 partes configuran dos tiempos de funcionamiento, que se suman para dar lugar al total del ciclo de scan:

1. Tiempo de sistema operativo : comprende el tiempo de las fases 1 y 3 (imagen del proceso de entradas e imagen del proceso de salidas). Normalmente ronda alrededor de 1 ms.

2. Tiempo de ejecución de las instrucciones: es el tiempo invertido en el bloque 2: ejecución de las órdenes de programa. El tiempo invertido depende de la cantidad de instrucciones y de la frecuencia de operación del microprocesador.

A pesar de que en operaciones no críticas en tiempo no influye en demasía, es importante tener en cuenta lo anteriormente comentado: los cambios en entradas físicas no son reflejados en el proceso hasta el ciclo de scan siguiente, ya que la IPE (Imagen del proceso de entradas) se congela durante el proceso del ciclo.

Imagen: Siemens


Curso Autómatas Programables IES San Roque (BADAJOZ)José María Delgado Casado


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Curso Autómatas Programables IES San Roque (BADAJOZ)José María Delgado Casado

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Unidad 1 - Autómatas Programables en las Instalaciones Térmicas y de Fluidos

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