Automatización Industrial
Arquitectura de los Autómatas Programables
TEMA – Arquitectura de los Autómatas Programables
1. - Unidades Funcionales
2. - Funcionamiento de un Autómata Programable
3. - Componentes Hardware de un PLC
3.1 – Memoria
3.2 – ALU
3.3 – CPU
3.4 – Bus Periférico
4. - Ciclo de Datos
5. - Procesamiento Cíclico de Programa
5. – Familia Simatic S7 (Simatic S7-300)
6. – Direccionamiento
7. – Entradas y Salidas Digitales (Diagrama de Bloques)
Índice
Periferia
CPU
Unidades Funcionales de un PLC I
OtrosMódulos
Unidades Funcionales de un PLC II
Módulo deMemoria
Canal SerieALU
Bus
Per
iféri
co
Unidad de Control
Memoria
Peri
feri
a
Unidades Funcionales de un PLC III
PII
PIQ
Mar
cas
Tem
poriz
ador
es
Con
tado
res
Memoriade
ProgramaM
emor
ia R
AM
Mem
oria
RO
M
Módulo deMemoria
Canal SerieALU Unidad de Control
SistemaOperativo
Bus
Per
iféri
co
Peri
feri
a
Unidades Funcionales de un PLC IV
PII
PIQ
Mar
cas
Tem
poriz
ador
es
Con
tado
res
Memoriade
Programa
Mem
oria
RA
M
Mem
oria
RO
M
Módulo deMemoria
Canal SerieALU
Bus
Per
iféri
coTarjetas deEntrada
TarjetasFuncionales
Tarjetas deSalida
Unidad de Control
SistemaOperativo
• La memoria de las CPUs está dividida en tres áreas:
Memoria de las CPUsCPU Memoria de carga dinámica:
- RAM, integrada oen Memory Card
- Partes del programa noindispensables para laejecución
Memoria de carga remanente:- EEPROM, en MemoryCard o integrada en CPU
- Partes del programa noindispensables para laejecución
Memoria de trabajo:- RAM- Partes del programa relevantespara la ejecución
Memoria del sistema:- RAM- Imagen del proceso de entradas PII- Imagen del proceso de salidas PIQ- Marcas, Temporizadores y Contadores- Pila de datos locales- Pila de módulos- Pila de interrupción- Buffer de diagnosis
S7-300 – Áreas de la Memoria
• Memoria de trabajo partes de los bloques relevantes para la ejecución• Memoria de carga partes no relevantes (p.e. encabezamientos de módulos)
Memorizados enel disco duro
S7-300Unidad deprogramación
Bloques lógicoscomplejos
Bloques de datoscomplejos
Memoria de carga Memoria de trabajo
Partes de bloqueslógicos y de datos
relevantes parala aplicación
Memorias de Carga y Trabajo
Bloques lógicos
Bloques de Datos
Comentarios
Símbolos
Proyecto
Configuraciónhardware, offline
CPUUnidad programación
Programa usuario,offline
Tabla desímbolos
I/O
Módulos de señal
Memorias de Área y Trabajo
Memoria de carga
Bloque de datosdel sistema, (datosde configuración)
Bloque de código,bloque de datos,
(programa usuario)
Memoria de trabajo
Partes relevantesde los bloques
de código
Partes relevantesde los bloques
de datos
Memoria de Sistema
Imagen del proceso entrada
Imagen del proceso salida
Buffer diagnosis
Buf. Comunicac.
Pila datos locales
Pila de bloques
Pila interrupción
Memoria de bits
Temporizadores
Contadores
Señalesde entrada
Señalesde salida
31 24 23 16
Byte alto Byte bajo
15 8 7 0
Byte alto Byte bajo
ACU (1 ó 2)
Estructura de los Acumuladores
Palabra alta Palabra baja
Unidad Aritmético-Lógica
Cargar lasinformacionesde la PII
Procesar lasinformacionesen ACU 1 y ACU 2
Transferir lasinformacionesa la PIQ
Contador de Programa
Registro deInstrucciones
Decodificador
A I 1.0AN I 2.3S M 10.5O I 1.1O I 1.7R M 10.5
Procesador Memoria de Programa
Consulta, Combinaciones (Operaciones Lógicas)Activar (Set), Borrar (Reset)Comparaciones, Cálculos AritméticosLlamada, Fin de MóduloEtc ....
Funcionamiento de un Autómata Programable
Cómo trabaja un PLC – Procesamiento cíclico del programa
Arranque delprograma
ModoARRANQUE
Actualización deentradas y salidas
Ejecución delprogramaPrincipal
&
ModoRUN
Alimentación
Cómo trabaja un PLC – Operaciones lógicas
• Operaciones lógicas usando señales binarias Módulo de entradas
Módulo de salidas
CPUConsultar estadode la dirección
Operación lógica de bit
Memoria RLO
Función Set/Reset
Estado
Resultadode la consulta
Resultado dela operación
lógica
PLC con Sistema Multiprocesador
Módulode
MemoriaExterna
MemoriaROM
SistemaOperativo
MemoriaRAM
Interna
Panelde
Mando
Microprocesador- Proc. Instrucción Palabra- Proc. Temporizadores- Excitación Bus- Comunicación Bus
Procesador ASICCircuito Aplicación Específ.- Proc. Instruc. Bit/Palabra - Vigilancia Tiempo Ciclo
ControladorDe Bus
TarjetasdeE/S
Aparatode
Programación
CPU
• Rack• Fuente de alimentación (PS)• CPU• Elementos de bus• Periferia externa
–Módulos digitales de entrada y salida –Módulos analógicos de entrada y salida–Módulos de contadores–Módulos de posicionamiento–Módulos de control–Procesadores de comunicaciones (CP)
• Interfases (IM)
Componentes Hardware
Ejecución del ProgramaDesplazarDatos
DesplazarDatos
Ciclo deDatos
Eje de TiemposPasar a los módulos de salida los datosdel registro de desplazamientoCargar en el registro de desplazamientolos datos de los módulos de entrada
Ciclo de Datos
1ª instrucción
2ª instrucción
última instrucción
OB1
....
Procesamiento Cíclico del Programa I
Procesamiento Cíclico del Programa II
CPU
PII
PIQ
Marcas
Temporizadores
Contadores
Memoriade
Programa
Tarjetas deEntrada
Tarjetas deSalida
Unidad de Control
Bus
Per
iféri
co
Procesamiento Cíclico del Programa III
CPU
Marcas
Temporizadores
Contadores
Memoriade
Programa
Tarjetas deEntrada
Tarjetas deSalida
Unidad de Control
Bus
Per
iféri
co
PII
PIQ
Procesamiento Cíclico del Programa IV
CPU
Marcas
Temporizadores
Contadores
Memoriade
Programa
Tarjetas deEntrada
Tarjetas deSalida
Unidad de Control
Bus
Per
iféri
co
PII
PIQ
Procesamiento Cíclico del Programa V
CPU
Marcas
Temporizadores
Contadores
Memoriade
Programa
Tarjetas deEntrada
Tarjetas deSalida
Unidad de Control
Bus
Per
iféri
co
PII
PIQ
SF
RUN
STOP
I0.0
I0.1
I0.2
I0.3
I0.4
I0.5
I0.6
I0.7
SIEMENS
S7-200
M ic r o P LC 2 1 2
SIMATICX 2
3 4
Q0.0
Q0.1
Q0.2
Q0.3
Q0.4
Q0.5
S7-200
S7-300
S7-400
• Sistemas compactos• Sistemas modulares
Familia del Sistema SIMATIC S7
Programación y Configuración de Software, SINEC Comunicación Programadoras,COROS Operador Interfase, Módulos Inteligentes de I/O (FMs)
Programación y Configuración de Software, SINEC Comunicación Programadoras,COROS Operador Interfase, Módulos Inteligentes de I/O (FMs)
desde el micro PLC al inferior rango de control de E/A al superior rango de ejecución
S7- 400
S7- 300
1995
S7- 200
1996
Visión General del Sistema SIMATIC S7
AG acoplado vía MPIPG conectada vía MPI
CPCPU 1
S7-300
FM
MPI como K bus
CPCPU 2 FM
MPI como K bus
S7-300
OP conectado vía MPI
Interfase Multi-Punto (MPI)
PG 720
Equipos para Manejo y Visualización
S7-300 S7-400
OP5 /A2
OP15/C 2
OP45
OP35
OP25
OP3
PG/PC Dispositivosde Campo ET 200
PG/PCCampo de
Dispositivos
PG/PCTISTAROper. Switch
COROSLS-BS5/TI
S5/TI
S5/TI
CPFM
PPI
CPUS7-200
S7-300
PS CPUFM CP
S7-400
PG/PCTD/OP
TD/OPPG/PC S7-CPU
CP
Bus de comunicación Bus de comunicación
SINEC L2-FMS
SINEC L2-DP
SINEC H1
MPI
TD/OP
S7-200
Posibilidades de Gestión de Redes
SIMATIC S7-300 – Datos técnicos
Instrucciones /DatosMemoria de trabajoDirecc. libreED / SDEA / SATiempo elaboración/1 K inst. binariasMarcas ContadoresTemporizadores
CPU 314
8 K / -24 Kbyte no1024256 0,3 ms
2048 64 128
CPU 313
4 K / -12 Kbyteno 25664 0,6 ms
2048 64 128
CPU 315(CPU 315-DP)16 (21) K / -48 (64) Kbyte si10242560,3 ms
204864128(Interfase PROFIBUS-DP maestro/esclavopara 64 estaciones DP)
CPU 316-2DP
42 K / -128 Kbytesi1024 2560,3 ms
2048 64128 ( Interfase PROFIBUS-DP maestro/esclavo para 64 estaciones DP)
CPU 318-2
84 K / 256 Kbyte512 Kbytesi1024 2560,1 ms
8192 512512( Interfase PROFIBUS-DP(M/S)125 estaciones
DP;MPI utiliz.como DP (12 MBaud))
Elementos de la CPU
Gama de Módulos S7-300
PS:Entrada:120/230 V ~Salida:24 V =
- 2 A- 5 A- 10 A
IM:- IM360- IM361- IM365
SM:DI / DQ- 24 V =- 120/230 V ~- Relés
AI/AQ- Voltaje- Corriente- Resistencia- Elementos térmicos
FM:- Contaje- Posicionamiento- Control de buclecerrado
CP:- Punto-a-punto
- SINEC L2FMS/DP
PS = Power SupplyIM = Interface ModuleSM = Signal moduleFM = Function moduleCP = Communications processor
Montaje de Módulos S7-300
Disposición Mecánica
Disposición en un bastidor
• A la derecha de la CPU pueden enchufarse como máximo 8 módulos (SM, FM, CP).
• La cantidad de módulos (SM, FM, CP) enchufables está limitada por suconsumo de corriente tomado del bus posterior de S7-300
Reglas de Colocación enun Bastidor
Disposición Mecánica – Varios Bastidores
• El módulo de interconexión ocupa siempre el puesto (slot) 3 y debe encontrarse siempre a la izquierda del primer módulo de señales.
• En cada bastidor pueden enchufarse como máximo 8 módulos (SM, FM, CP).
• La cantidad de módulos (SM, FM, CP) enchufados está limitada por la toma de corriente admisible del bus posterior S7-300.
Reglas de Colocación enVarios Bastidores
Direccionamiento de Módulos S7-300
Asignación de direcciones orientada al slotLa asignación de direcciones por slot corresponde al direccionamiento por defecto, es decir,STEP 7 asigna a cada número de slot una dirección inicial de módulo prefijada.
Tipos de Direccionamiento
Asignación discrecional de direccionesEn la asignación libre de direcciones es posible atribuir a cada módulo una dirección cualquiera dentro del área de direccionamiento posible para la CPU.
Direccionamiento por Defecto – Orientado al Slot
En el direccionamiento orientado al slot (direccionamiento por defecto), cada número de slot lleva asignada una dirección inicial demódulo. Dependiendo del tipo de módulo, setrata de una dirección digital o analógica
Direccionamiento Orientado al Slot
Direccionamiento por Defecto – Imágenes del Proceso
Número del Puestode Enchufe
+Número del Canal
Módulo PeriféricoImágenes de
Proceso en el AGProgramade Mando
Dirección en la PII
Dirección en la PIQ
Dirección en unaInstrucción
Módulos AnalógicosMódulos Digitales
Dirección de ByteNúmero de puesto
de enchufeX.Y
Dirección de BitNúmero de canal
• Por cada puesto se reservan 8 canales (8 palabras, 16 bytes)
• Se conmuta la zona de direcciones del puesto de enchufe
• El margen de direcciones comienza byte 256(puesto 0, canal 0)
Direccionamiento - Módulos Digitales/Analógicos
Canal
AG
4 5 6 7 8 9 10 11Puesto deEnchufe
0123
256 258 260 262 264 266 268 270
272
286
288
302
304
318
320
334
336
350
352
366
368
382
PS567
4
Direccionamiento de Módulos
ACU1 Byte bajo
ACU1 Palabra baja
15
15
0
0
01234567Bit• Imagen del Proceso de Entradas (PII)
Byte 2
Byte 12
Byte 62Byte 63
A I 2.2
L IB 12
L IW 62
31 16
31 16
ACU1 Palabra baja
15 0
Byte 102Byte 103
L ID 102
31 16
Byte 104Byte 105
Palabra alta
Direccionamiento – Acceso a la PII
• Imagen del Proceso de Entradas (PII)
ACU1 Byte bajo
ACU1 Palabra baja
T QB 29
T QW 85
ACU1 Palabra baja
T QD 132
= Q 4.5
Palabra alta
Direccionamiento – Acceso a la PIQ
01234567Bit
Byte 4
Byte 12
Byte 62Byte 63
Byte 132Byte 133Byte 134Byte 135
15
15
0
0
31 16
31 16
15 031 16
Direccionamiento – Acceso Directo
A I x.xL IB xL IW x
PII
= Q x.xT QB xT QW x
PIQ
L PIB xL PIW xL PID x
T PQB xT PQW xT PDW x
Acceso vía Imagen Proceso Acceso Directo
Programa de Mando
Acceso vía Imagen Proceso Acceso Directo
Área de direc. Desig. Acceso al área Abrev. Máx. direcc. área
Imagen de proceso I/Q entrada / salida bit I / Q 0.0 a 65,535.7entrada / salida byte IB / QB 0 a 65,535entrada / salida palabra IW / QW 0 a 65,534entrada / salida doble palabra ID / QD 0 a 65,532
Marcas bit de marca M 0.0 a 255.7byte de marcas MB 0 a 255palabra de marcas MW 0 a 254doble palabra de marcas MD 0 a 252
I/Q externa entrada/salida byte I/Q, periferia PIB / PQB 0 a 65,535palabra I/Q, periferia PIW/PQW 0 a 65,534doble palabra I/Q, periferia PID/PQD 0 a 65,532
Direccionamiento posible con Step 7 (I)
Área de direc. Desig. Acceso al área Abrev. Máx. direcc. área
Temporizador Temporizador (T) T 0 a 255
Contador Contador (C) C 0 a 255
Módulo de dato Módulo de dato (DB) DB 1 a 65,532
Módulo de dato Abierto con AUF DB
Bit,byte,palabra,doble palabra DBX,DBBDBW,DBD
Abierto con AUF DIBit,byte,palabra,doble palabra DIX,DIB
DIW,DID
0 a 65,532
0 a 65,532
Direccionamiento posible con Step 7 (II)
REGLETAS DE ENTRADA:Para conexión del mundo exterior con el API
ADAPTADOR DE SEÑALES DE ENTRADA:Transforma las señales de entrada en señales de baja tensión, utilizables por el API
INDICADOR DE ESTADO:Presenta una información visual del estado de la entrada
AISLAMIEMTO ELECTRICO:Aíslan eléctricamente las señales de entrada de las señales utilizadaspor el procesador
INTERFACES ELECTRONICAS: Proporcionan acceso a alta velocidad
ENTRADAS:Suministran las señales de entrada al API
Entradas Digitales – Diagrama de bloques
REGLETAS DE SALIDA:Para conexión del API con el mundo exterior
CONVERTIDOR DE POTENCIA:Transforma las señales del procesador en señales de mayor potencia, para utilizarlas en el exterior
INDICADOR DE ESTADO:Presenta una información visual del estado de la salida
AISLAMIEMTO ELECTRICO:Aisla eléctricamente las señales utilizadas por el procesador de lasseñales de salida
INTERFACES ELECTRONICAS: Proporcionan salidas de alta velocidad
ACCIONADORES:Son los elementos gobernados por el API
MEMORIAS DE SEÑAL:Retienen las informaciones proporcionadas por las interfaces
Salidas Digitales – Diagrama de bloques
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