Arquitectura de los Autómatas Programables

Arquitectura de los Autómatas
Programables
Automatización Industrial
Índice
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)
Unidades Funcionales de un PLC I
CPU
Otros
Módulos
Periferia
Unidades Funcionales de un PLC II
Memoria
Unidad de Control
Bus Periférico
Canal Serie
Periferia
ALU
Módulo de
Memoria
ALU
Memoria
de
Programa
Unidad de Control
Memoria ROM
PIQ
PII
Contadores
Temporizadores
Marcas
Memoria RAM
Unidades Funcionales de un PLC III
Sistema
Operativo
Módulo de
Memoria
Periferia
Bus Periférico
Canal Serie
Memoria ROM
PIQ
PII
Contadores
Memoria
de
Programa
Unidad de Control
Sistema
Operativo
Módulo de
Memoria
Canal Serie
Tarjetas de
Entrada
Tarjetas
Funcionales
Bus Periférico
ALU
Temporizadores
Marcas
Memoria RAM
Unidades Funcionales de un PLC IV
Tarjetas de
Salida
S7-300 – Áreas de la Memoria
• La memoria de las CPUs está dividida en tres áreas:
Memoria de las CPUs
CPU
Memoria de carga dinámica:
- RAM, integrada o
en Memory Card
- Partes del programa no
indispensables para la
ejecución
Memoria de carga remanente:
- EEPROM, en Memory
Card o integrada en CPU
- Partes del programa no
indispensables para la
ejecución
Memoria de trabajo:
- RAM
- Partes del programa relevantes
para 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
Memorias de Carga y Trabajo
• Memoria de trabajo partes de los bloques relevantes para la ejecución
• Memoria de carga partes no relevantes (p.e. encabezamientos de módulos)
S7-300
Unidad de
programación
Memoria de carga
Memoria de trabajo
Bloques lógicos
Bloques de Datos
Comentarios
Símbolos
Memorizados en
el disco duro
Bloques lógicos
complejos
Bloques de datos
complejos
Partes de bloques
lógicos y de datos
relevantes para
la aplicación
Memorias de Área y Trabajo
Módulos de señal
Unidad programación
CPU
Proyecto
Memoria de carga
Configuración
hardware, offline
Memoria de Sistema
Imagen del
Bloque de datos
del sistema, (datos
de configuración)
Programa usuario,
offline
Bloque de código,
bloque de datos,
(programa usuario)
I/O
proceso entrada
Señales
de entrada
Imagen del
proceso salida
Señales
de salida
Buffer diagnosis
Buf. Comunicac.
Tabla de
símbolos
Pila datos
locales
Memoria de trabajo
Pila de bloques
Partes relevantes
de los bloques
de código
Pila interrupción
Memoria de bits
Partes relevantes
de los bloques
de datos
Temporizadores
Contadores
Unidad Aritmético-Lógica
Cargar las
informaciones
de la PII
Procesar las
informaciones
en ACU 1 y ACU 2
Transferir las
informaciones
a la PIQ
Estructura de los Acumuladores
31
24
Byte alto
23
16 15
Byte bajo
Palabra alta
8
Byte alto
7
0
Byte bajo
Palabra baja
ACU (1 ó 2)
Funcionamiento de un Autómata Programable
Procesador
Memoria de Programa
Contador de Programa
Registro de
Instrucciones
Decodificador
A
I
1.0
AN
I
2.3
S
M
10.5
O
I
1.1
O
I
1.7
R
M
10.5
Consulta, Combinaciones (Operaciones Lógicas)
Activar (Set), Borrar (Reset)
Comparaciones, Cálculos Aritméticos
Llamada, Fin de Módulo
Etc ....
Cómo trabaja un PLC – Procesamiento cíclico del programa
Alimentación
Arranque del
programa
Modo
ARRANQUE
Actualización de
entradas y salidas
Ejecución del
programa
Principal
&
Modo
RUN
Cómo trabaja un PLC – Operaciones lógicas
• Operaciones lógicas
usando señales binarias
Módulo de entradas
Estado
Consultar estado
de la dirección
CPU
Resultado
de la consulta
Resultado de
la operación
lógica
Operación lógica de bit
Memoria RLO
Función Set/Reset
Módulo de salidas
Módulo
de
Memoria
Externa
Memoria
ROM
Sistema
Operativo
Panel
de
Mando
Aparato
de
Programación
Memoria
RAM
Interna
CPU
PLC con Sistema Multiprocesador
Controlador
De Bus
Microprocesador
Procesador ASIC
- Proc. Instrucción Palabra
- Proc. Temporizadores
- Excitación Bus
- Comunicación Bus
Circuito Aplicación Específ.
- Proc. Instruc. Bit/Palabra
- Vigilancia Tiempo Ciclo
Tarjetas
de
E/S
Componentes Hardware
• 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)
Ciclo de Datos
Ciclo de
Datos
Desplazar
Datos
Ejecución del Programa
Desplazar
Datos
Eje de Tiempos
Pasar a los módulos de salida los datos
del registro de desplazamiento
Cargar en el registro de desplazamiento
los datos de los módulos de entrada
Procesamiento Cíclico del Programa I
OB1
1ª instrucción
2ª instrucción
...
.
última instrucción
Procesamiento Cíclico del Programa II
CPU
Memoria
de
Programa
Marcas
PII
Temporizadores
Unidad de Control
PIQ
Tarjetas de
Entrada
Bus Periférico
Contadores
Tarjetas de
Salida
Procesamiento Cíclico del Programa III
CPU
Memoria
de
Programa
Marcas
PII
Temporizadores
Unidad de Control
PIQ
Tarjetas de
Entrada
Bus Periférico
Contadores
Tarjetas de
Salida
Procesamiento Cíclico del Programa IV
CPU
Memoria
de
Programa
Marcas
PII
Temporizadores
Unidad de Control
PIQ
Tarjetas de
Entrada
Bus Periférico
Contadores
Tarjetas de
Salida
Procesamiento Cíclico del Programa V
CPU
Memoria
de
Programa
Marcas
PII
Temporizadores
Unidad de Control
PIQ
Tarjetas de
Entrada
Bus Periférico
Contadores
Tarjetas de
Salida
Familia del Sistema SIMATIC S7
• Sistemas compactos
• Sistemas modulares
SIEMENS
SIMATIC
SF
I0.0
Q0.0
RUN
I0.1
Q0.1
STOP
I0.2
Q0.2
I0.3
Q0.3
I0.4
Q0.4
I0.5
Q0.5
M ic r o P LC 2 1 2
I0.6
X
2
I0.7
3
4
S7-200
S7-200
S7-300
S7-400
Visión General del Sistema SIMATIC S7
desde el micro PLC
al inferior rango de control de E/A
al superior rango de ejecución
1996
1995
S7- 400
S7- 300
S7- 200
Programación y Configuración de Software, SINEC Comunicación Programadoras,
Programación
y Configuración
de Software,
SINEC
Comunicación
Programadoras,
COROS
Operador Interfase,
Módulos
Inteligentes
de I/O (FMs)
COROS Operador Interfase, Módulos Inteligentes de I/O (FMs)
Interfase Multi-Punto (MPI)
S7-300
S7-300
CP
CPU 1
FM
CPU 2
MPI como K bus
PG conectada vía MPI
CP
FM
MPI como K bus
AG acoplado vía MPI
OP conectado vía MPI
PG 720
Equipos para Manejo y Visualización
S7-300
S7-400
OP45
OP35
OP25
OP15/C 2
OP5 /A2
OP3
Posibilidades de Gestión de Redes
COROS
LS-B
S5/TI
TISTAR
Oper. Switch
PG/PC
SINEC H1
S7-400
S7-300
S7-200
PS CPUFM CP
CPU FM CP
Bus de comunicación
CP
Bus de comunicación
S5/TI
SINEC L2-FMS
PG/PC
S5/TI
Campo de
Dispositivos
SINEC L2-DP
PPI
PG/PC
TD/OP
PG/PC
TD/OP
Dispositivos
de Campo
ET 200
S7-200
MPI
PG/PC
TD/OP
S7-CPU
SIMATIC S7-300 – Datos técnicos
CPU 313
CPU 314
CPU 315
(CPU 315-DP)
CPU 316-2DP
CPU 318-2
Instrucciones /Datos
Memoria de trabajo
4K/12 Kbyte
8K/24 Kbyte
16 (21) K / 48 (64) Kbyte
42 K / 128 Kbyte
84 K / 256 Kbyte
512 Kbyte
Direcc. libre
no
no
si
si
si
ED / SD
256
1024
1024
1024
1024
EA / SA
64
256
256
256
256
Tiempo elaboración/
1 K inst. binarias
0,6 ms
0,3 ms
0,3 ms
0,3 ms
0,1 ms
Marcas
2048
2048
2048
2048
8192
Contadores
64
64
64
64
512
Temporizadores
128
128
128
128
( Interfase
(Interfase
PROFIBUS-DP PROFIBUS-DP
maestro/esclavo
maestro/esclavo
para 64
para 64
estaciones DP) estaciones DP)
Elementos de la CPU
512
( Interfase
PROFIBUS-DP(M/S)
125 estaciones
DP;MPI utiliz.como
DP (12 MBaud))
Gama de Módulos S7-300
PS:
Entrada:
120/230 V ~
Salida:
24 V =
- 2A
- 5A
- 10 A
IM:
- IM360
- IM361
- IM365
SM:
DI / DQ
- 24 V =
- 120/230 V ~
- Relés
AI/AQ
- Voltaje
- Corriente
- Resistencia
- Elementos térmicos
Montaje de Módulos S7-300
FM:
- Contaje
- Posicionamiento
- Control de bucle
cerrado
PS
IM
SM
FM
CP
CP:
- Punto-apunto
- SINEC L2
FMS/DP
= Power Supply
= Interface Module
= Signal module
= Function module
= Communications processor
Disposición Mecánica
Reglas de Colocación en
un Bastidor
• A la derecha de la CPU pueden
enchufarse como máximo 8 módulos
(SM, FM, CP).
Disposición en un bastidor
• La cantidad de módulos (SM, FM, CP)
enchufables está limitada por su
consumo de corriente tomado del bus
posterior de S7-300
Disposición Mecánica – Varios Bastidores
Reglas de Colocación en
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.
Direccionamiento de Módulos S7-300
Tipos de Direccionamiento
Asignación de direcciones orientada al slot
La 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.
Asignación discrecional de direcciones
En 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
Direccionamiento Orientado al Slot
En el direccionamiento orientado al slot
(direccionamiento por defecto), cada número de
slot lleva asignada una dirección inicial de
módulo. Dependiendo del tipo de módulo, se
trata de una dirección digital o analógica
Direccionamiento por Defecto – Imágenes del Proceso
Módulo Periférico
Número del Puesto
de Enchufe
+
Número del Canal
Imágenes de
Proceso en el AG
Programa
de Mando
Dirección en la PII
Dirección en una
Instrucción
Dirección en la PIQ
Direccionamiento - Módulos Digitales/Analógicos
Módulos Digitales
Módulos Analógicos
Puesto de
4
Enchufe
PS
Dirección de Byte
Número de puesto
de enchufe
X.Y
Dirección de Bit
Número de canal
AG
256
258
260
262
264
266
268
270
5
6
7
8
9
272
288
304
320
336
352
10 11
368
286
302
318
334
350
366
382
Canal
0
1
2
3
4
5
6
7
• 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 de Módulos
Direccionamiento – Acceso a la PII
• Imagen del Proceso de Entradas (PII)
Bit
7 6 5 4 3 2 1 0
Byte 2
A I 2.2
Byte 12
L IB 12
31
16 15
ACU1
0
Byte bajo
L IW 62
Byte 62
Byte 63
16 15
31
ACU1
0
Palabra baja
L ID 102
31
Byte 102
Byte 103
Byte 104
Byte 105
16 15
Palabra alta
ACU1
0
Palabra baja
Direccionamiento – Acceso a la PIQ
• Imagen del Proceso de Entradas (PII)
Bit
7 6 5 4 3 2 1 0
Byte 4
= Q 4.5
Byte 12
T QB 29
31
16 15
0
Byte bajo
ACU1
Byte 62
Byte 63
T QW 85
16 15
31
ACU1
0
Palabra baja
T QD 132
31
Byte 132
Byte 133
Byte 134
Byte 135
16 15
Palabra alta
ACU1
0
Palabra baja
Direccionamiento – Acceso Directo
Acceso vía Imagen Proceso
Acceso Directo
PII
A I x.x
L IB x
L IW x
L PIB x
L PIW x
L PID x
Programa de Mando
= Q x.x
T QB x
T QW x
T PQB x
T PQW x
T PDW x
PIQ
Acceso vía Imagen Proceso
Acceso Directo
Direccionamiento posible con Step 7 (I)
Área de direc. Desig.
Imagen de proceso I/Q
Marcas
Acceso al área
entrada / salida bit
entrada / salida byte
entrada / salida palabra
entrada / salida doble palabra
Abrev.
Máx. direcc. área
I/Q
IB / QB
IW / QW
ID / QD
0.0 a 65,535.7
0 a 65,535
0 a 65,534
0 a 65,532
bit de marca
byte de marcas
palabra de marcas
doble palabra de marcas
I/Q externa entrada/salida byte I/Q, periferia
palabra I/Q, periferia
doble palabra I/Q, periferia
M
MB
MW
MD
0.0 a 255.7
0 a 255
0 a 254
0 a 252
PIB / PQB
PIW/PQW
PID/PQD
0 a 65,535
0 a 65,534
0 a 65,532
Direccionamiento posible con Step 7 (II)
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,DBB 0 a 65,532
DBW,DBD
Abierto con AUF DI
Bit,byte,palabra,doble palabra
DIX,DIB
DIW,DID
0 a 65,532
Entradas Digitales – Diagrama de bloques
ENTRADAS:
Suministran las señales de entrada al API
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 utilizadas
por el procesador
INTERFACES ELECTRONICAS:
Proporcionan acceso a alta velocidad
Salidas Digitales – Diagrama de bloques
INTERFACES ELECTRONICAS:
Proporcionan salidas de alta velocidad
MEMORIAS DE SEÑAL:
Retienen las informaciones proporcionadas por las interfaces
AISLAMIEMTO ELECTRICO:
Aisla eléctricamente las señales utilizadas por el procesador de las
señales de salida
INDICADOR DE ESTADO:
Presenta una información visual del estado de la salida
CONVERTIDOR DE POTENCIA:
Transforma las señales del procesador en señales de mayor potencia,
para utilizarlas en el exterior
REGLETAS DE SALIDA:
Para conexión del API con el mundo exterior
ACCIONADORES:
Son los elementos gobernados por el API