¿Qué es un Autómata Programable?

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ARQUITECTURA
ARQUITECTURA INTERNA
INTERNA DEL
DEL AUTÓMATA
AUTÓMATA
PROGRAMABLE
PROGRAMABLE O
O PLC
PLC
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Carlos Canto
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¿Qué es un Autómata Programable?
Un autómata programable industrial (API) o Programable logic
controller (PLC), es un equipo electrónico, programable en
lenguaje no informático, diseñado para controlar en tiempo real
y en ambiente de tipo industrial, procesos secuenciales.
Un PLC trabaja en base a la información recibida por los
sensores y el programa lógico interno, actuando sobre los
accionadores de la instalación.
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¿Dónde se usa un Autómata
Programable?
Un autómata programable suele emplearse en procesos industriales que
tengan una o varias de las siguientes necesidades:
9Espacio reducido.
9Procesos de producción periódicamente cambiantes.
9Procesos secuenciales.
9Maquinaria de procesos variables.
9Instalaciones de procesos complejos y amplios.
9Chequeo de programación centralizada de las partes del proceso.
9Aplicaciones generales:
9Maniobra de máquinas.
9Maniobra de instalaciones.
9Señalización y control.
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Ventajas e inconvenientes de los PLC's
Entre la ventajas tenemos:
‰ Menor tiempo de elaboración de proyectos.
‰ Posibilidad de añadir modificaciones sin costo añadido en
otros componentes.
‰ Mínimo espacio de ocupación.
‰ Menor costo de mano de obra.
‰ Mantenimiento económico.
‰ Posibilidad de gobernar varias máquinas con el mismo PLC.
‰ Menor tiempo de puesta en funcionamiento.
‰ Si el PLC queda pequeño para el proceso industrial puede
seguir siendo de utilidad en otras máquinas o sistemas de
producción.
Y entre los inconvenientes:
¾Adiestramiento de técnicos.
¾Costo.
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PARTES DE UN AUT
ÓMATA PROGRAMABLE
AUTÓMATA
Fuente de alimentación
CPU
Módulo de entrada
Módulo de salida
Terminal de programación
Periféricos.
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PARTES DE UN AUT
ÓMATA PROGRAMABLE
AUTÓMATA
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PARTES DE UN AUT
ÓMATA PROGRAMABLE
AUTÓMATA
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TERMINALES DE PROGRAMACI
ÓN
PROGRAMACIÓN
Programador profesional tipo PC
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Programador de mano
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Autómatas
Autómatas programables
programables
Tipos de PLC´s
De acuerdo al número de Entradas y Salidas
De gama baja:
¾ con E/S<256
De gama media:
¾ con 256<=E/S <=1024
De gama alta:
¾ con E/S>1024
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Tipos de PLC´s
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De acuerdo a su conformación
Compactos:
¾ tienen todas sus componentes
electrónicas en un solo compartimiento
Modulares:
¾ Las E/S son módulos o tarjetas
independientes con varias E/S ,que se
acoplan al bus con conectores .
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Ejemplo de PLC’s Compactos
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Algunos PLC’s Modulares
Ejemplo de tarjeta
o módulo de e/S
FESTO
SIEMENS
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Autómatas
Autómatasprogramables
programables
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Componentes de un PLC
Microprocesador
Microprocesador
Módulos
Módulos
de
de
entrada
entrada
Imagen
Imagen
de
de
entradas
entradas
Imagen
Imagen
de
de
salidas
salidas
Módulos
Módulos
de
de
salida
salida
El microprocesador no actúa en forma directa con las entradas y salidas del PLC.
Para ello se usa la imagen de entradas y la imagen de salidas
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Autómatas
Autómatasprogramables
programables
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Componentes de un PLC
Fuente
Fuente
de
de
alimentación
alimentación
Batería
Batería
Memoria
Memoria
de
de
programa
programa
Bus
Businterno
interno
Interfases
Interfases
de
de
entrada
entrada
Memoria
Memoria
De
De
datos
datos
temporizadores
temporizadores
Unidad
Unidad
central
central
Memoria
Memoria
imagen
imagen
de
deE/S
E/S
Interfases
Interfases
De
De
salida
salida
contadores
contadores
Diagrama de bloques de la arquitectura de un PLC
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Autómatas
Autómatasprogramables
programables
EL CPU
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La unidad central de procesamiento es un sistema microprocesador
que es la unidad de toma de decisiones en el PLC. También contiene
el sistema de memoria. El CPU monitorea las entradas toma
decisiones basadas en las instrucciones sostenidas en su memoria de
programa, realiza conmutación, conteo, temporización comparación
de datos y operaciones secuenciales.
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EL CPU
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La CPU es el corazón del autómata programable. Es la encargada de ejecutar el
programa de usuario mediante el programa del sistema (es decir, el programa
de usuario es interpretado por el programa del sistema).
Sus funciones son:
ƒVigilar que el tiempo de ejecución del programa de usuario no excede un
determinado tiempo máximo (tiempo de ciclo máximo). A esta función se
le suele denominar Watchdog (perro guardián).
ƒEjecutar el programa de usuario.
ƒCrear una imagen de las entradas, ya que el programa de usuario no
debe acceder directamente a dichas entradas.
ƒRenovar el estado de las salidas en función de la imagen de las mismas
obtenida al final del ciclo de ejecución del programa de usuario.
ƒChequeo del sistema.
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Autómatas
Autómatasprogramables
programables
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Memorias de un PLC
Programas
Programasejecutivos
ejecutivos
Firmware,
Firmware,del
delsistema
sistema
ROM
ROM EPROM
EPROM
Memorias
Memoriastemporales
temporales
RAM
RAMoo EPROM
EPROM
Memoria
MemoriaImagen
Imagenootabla
tabla
de
estados
de estadosde
de
entrada-salida
entrada-salida(RAM)
(RAM)
Memoria
Memoriade
dedatos
datos
Numéricos
y
Numéricos yvariables
variables
Internas
Internas(RAM)
(RAM)
Memoria
Memoriadel
delprogramas
programas
de
usuario
de usuario(RAM)
(RAM)
Programa y
memoria del
sistema o
firmware
Memoria de
la tabla de
datos
Memoria
de usuario
Memoria del
programa del
usuario
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Autómatasprogramables
programables
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Memorias de un PLC
Programas
Programasejecutivos
ejecutivos
Firmware,
Firmware,del
delsistema
sistema
ROM
ROM EPROM
EPROM
Memorias
Memoriastemporales
temporales
RAM
RAMoo EPROM
EPROM
Programa y
memoria del
sistema o
firmware
Memoria ROM , no accesible desde el exterior, en la que el
fabricante graba el programa monitor, sistema ejecutivo o
firmware para realizar las siguientes tareas:
‰ Inicializa el PLC al energizar o restablecer (reset), inicia el
ciclo de exploración de programa.
‰ Realiza autotest en la conexión y durante la ejecución del
programa
‰ Comunicación con periféricos y unidad de programación
‰ Lectura y escritura en las interfases de E/S.
‰ Contiene el interprete del programa del usuario, si existe.
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Autómatas
Autómatasprogramables
programables
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Memorias de un PLC
La memoria de imagen de entradas y salidas:
‰ Almacena las últimas señales tanto las leidas en la entrada como
las enviadas a la salida actualizándose tras cada ejecución
completa del programa
‰ Las señales de entrada consideradas para el cálculo no son las
actuales de la planta , sino las presentes en la memoria imagen
leidos en el ciclo anterior.
‰ Y los resultados obtenidos no van directamente a la interfaz de
salida sino a la memoria imagen de salidas cuando finaliza cada
ejecución del programa.
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Autómatas
Autómatasprogramables
programables
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Memoria imagen de entradas y salidas
Las imágenes de entradas y salidas del proceso existen por
tres razones:
‰ El sistema verifica todas las entradas al comenzar el ciclo. De este modo se
sincronizan y ”congelan” los valores de estas entradas durante la
ejecución del programa. La imagen del proceso actualiza las salidas
cuando termina de ejecutarse el programa. Ello tiene un efecto
estabilizador en el sistema.
‰ El programa de usuario puede acceder a la imagen del proceso mucho más
rápido de lo que podría acceder directamente a las entradas y salidas
físicas, con lo cual se acelera su tiempo de ejecución.
‰ Las entradas y salidas son unidades de bit a las que se debe acceder en
formato de bit. No obstante, la imagen del proceso permite acceder a ellas
en formato de bits, bytes, palabras y palabras dobles, lo que ofrece
flexibilidad adicional.
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Autómatas
Autómatasprogramables
programables
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Acceso a la memoria imagen de Entrada y Salida
Memoria
Memoriade
de
programa
programa
CPU
CPU
Imagen
Imagende
de
entradas
entradas
Interfaz
Interfazde
de
entradas
entradas
Memoria
Memoria
de
de
datos
datos
Imagen
Imagende
de
salida
salida
Interfaz
Interfazde
de
salidas
salidas
a) consulta de entradas y carga en memoria imagen
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programables
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Acceso a la memoria imagen de Entrada y Salida
a) consulta de entradas y carga en memoria imagen
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Autómatas
Autómatasprogramables
programables
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Acceso a la memoria imagen de Entrada y Salida
Memoria
Memoriade
de
programa
programa
CPU
CPU
Imagen
Imagende
de
entradas
entradas
Interfaz
Interfazde
de
entradas
entradas
Memoria
Memoria
de
de
datos
datos
Imagen
Imagende
de
salida
salida
Interfaz
Interfazde
de
salidas
salidas
b) Ejecución del programa cargando resultados en memoria imagen de
salida
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Autómatasprogramables
programables
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Acceso a la memoria imagen de Entrada y Salida
Memoria
Memoriade
de
programa
programa
CPU
CPU
Imagen
Imagende
de
entradas
entradas
Interfaz
Interfazde
de
entradas
entradas
Memoria
Memoria
de
de
datos
datos
Imagen
Imagende
de
salida
salida
Interfaz
Interfazde
de
salidas
salidas
c) Transferencia de resultados a interfaz de salida
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Autómatas
Autómatasprogramables
programables
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Interfases de entrada y salida
• Establecen la comunicación entre la
unidad central y el proceso.
• Filtran
• Adaptan
• Codifican
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Autómatas
Autómatasprogramables
programables
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Clasificación de las entrada y salida
‰ POR EL TIPO DE SEÑALES:
ƒ Digitales de 1 bit
ƒ Digitales de varios bits
ƒ Analógicas
‰ POR LA TENSIÓN DE ALIMENTACIÓN:
ƒ
ƒ
ƒ
ƒ
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De corriente continua ( estáticas de 24/110 Vcc)
De CD a colector abierto (PNP o NPN)
De CA (60/110/220 Vca)
Salidas por relevador ( libres de tensión)
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Interfaces de entrada y salida
misión :
establecer un puente de comunicación entre el autómata y el
proceso
Las interfaces de entrada filtran, adaptan y codifican de
forma comprensible para la CPU, las señales
procedentes de los elementos de entrada.
Las interfaces de salida son las encargadas de
decodificar, y amplificar las señales generadas durante
la ejecución del programa antes de enviarlas a los
elementos de salida.
Interfaces de entrada y salida
En los autómatas pequeños, el tipo de interfaces
disponibles suele ser limitado, siendo las más
frecuentes, clasificadas por entradas y salidas:
– Entradas
Corriente continua a 24 ó 48 Vcc.
Corriente alterna a 110 o 220 Vca.
Analógicas de 0-10 Vcc o 4-20 mA
– Salidas
Por relé.
Estáticas por triac a 220 Vca máximo.
Colector abierto para 24 o 48 Vcc.
Analógicas de 0-10 V o 4-20 mA.
Autómatas
Autómatasprogramables
programables
UASLP
Clasificación de las entrada y salida
‰ POR EL AISLAMIENTO:
ƒ Con separación Galvánica (optoacopladores)
ƒ Con acoplamiento directo
‰ POR LA FORMA DE COMUNICACIÓN CON LA
UNIDAD CENTRAL:
ƒ Comunicación serie
ƒ Comunicación paralelo
‰ POR LA UBICACIÓN:
ƒ Locales
ƒ remotos
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Autómatas
Autómatasprogramables
programables
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Ciclo de operación del PLC
(SCAN)
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Autómatas
Autómatasprogramables
programables
UASLP
Ciclo de operación del PLC
(SCAN)
arranque
Leer
Leerstatus
status
de
delas
las
entradas
entradas
Ejecutar
Ejecutarprograma
programa
de
decontrol
control
yyaccionar/
accionar/apagar
apagar
bobinas
bobinasinternas
internas
Actualizar
Actualizarsalidas
salidas
Ejecución del programa
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