CAPÍTULO II Arquitectura interna del Autómata Programable o PLC

CAPÍTULO II
Arquitectura interna del Autómata
Programable o PLC
2.1 Componentes básicos de un PLC
La estructura básica de cualquier autómata es la siguiente:
•
•
•
•
•
•
Fuente de alimentación
CPU
Módulo de entrada
Módulo de salida
Terminal de programación
Periféricos.
Respecto a su disposición externa, los autómatas pueden contener varias
de estas secciones en un mismo módulo o cada una de ellas separadas
por diferentes módulos. Así se pueden distinguir autómatas Compactos y
Modulares.
1
AAuutóm
tómatas
ata spprogram
ro gramables
ables
U A SLP
C o m p on en t es d e u n P L C
FFuuen
entete
dde e
aalim
lim entación
entación
MMem
ria
emooria
dde e
pprogram
rogramaa
BBatería
atería
BBuus sinintern
ternoo
In
Interfases
terfases
dde e
en
entrad
tra daa
MMem
emoria
o ria
DDe e
ddatos
atos
UUnnididaadd
cen
centra
tral l
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ores
MMem
ria
emooria
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gen
imaagen
dde eEE/S/S
In
Interfases
terfa ses
DDe e
salid
sa lidaa
con
contad
ta dores
ores
D ia g ra m a d e b lo q u e s d e la a rq u ite c tu ra d e u n P L C
F a c ulta d d e C ie nc ia s
C arlo s C anto Q .
2.2 CPU
La Unidad Central de Procesos es el auténtico cerebro del sistema. Se
encarga de recibir las ordenes, del operario por medio de la consola de
programación y el modulo de entradas. Posteriormente las procesa para
enviar respuestas al módulo de salidas. En su memoria se encuentra
residente el programa destinado a controlar el proceso.
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:
2
9
9
9
9
9
Vigilar 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).
Ejecutar el programa de usuario.
Crear una imagen de las entradas, ya que el programa de usuario
no debe acceder directamente a dichas entradas.
Renovar el estado de las salidas en función de la imagen de las
mismas obtenida al final del ciclo de ejecución del programa de
usuario.
Chequeo del sistema.
2.3 Memoria del Autómata
Dentro de la CPU vamos a disponer de un área de memoria, la cual
emplearemos para diversas funciones:
•
Memoria del programa de usuario: aquí introduciremos el
programa que el autómata va a ejecutar cíclicamente.
•
Memoria de la tabla de datos: se suele subdividir en zonas
según el tipo de datos (como marcas de memoria, temporizadores,
contadores, etc.).
•
Memoria del sistema: aquí se encuentra el programa en código
máquina que monitorea el sistema (programa del sistema o
firmware). Este programa es ejecutado directamente por el
microprocesador/microcontrolador que posea el autómata.
•
Memoria de almacenamiento: se trata de memoria externa que
empleamos para almacenar el programa de usuario, y en ciertos
casos parte de la memoria de la tabla de datos. Suele ser de uno
de los siguientes tipos: EPROM, EEPROM, o FLASH.
Cada autómata divide su memoria de esta forma genérica, haciendo
subdivisiones específicas según el modelo y fabricante.
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Autómatas
Autómatasprogramables
programables
UASLP
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
Numéricosyyvariables
variables
Internas
Internas(RAM)
(RAM)
Memoria
Memoriadel
delprogramas
programas
de
deusuario
usuario(RAM)
(RAM)
Programa y
memoria del
sistema o
firmware
Memoria de
la tabla de
datos
Memoria
de usuario
Memoria del
programa del
usuario
Facultad de Ciencias
Carlos Canto Q.
AAutóm
utómatas
atasprogram
p rogramables
ables
U A SL P
M em orias de un PLC
PPro
rogra
grammaasseejec
jecuutivo
tivoss
FFirm
irmwwaare,
re,ddele lsis
siste
temmaa
RROOMM EP
EPRROOMM
P ro g ra m a y
m e m o ria d e l
siste m a o
firm w are
MMem
emooria
riasste
temmppoora
rales
les
RRAAMMoo EP
R
O
M
EP R O M
M e m oria R O M , no accesible desde el exterior, en la que el
fabricante graba el program a m onitor, sistem a ejecutiv o o
firm w are para realizar las siguientes tareas:
‰ Inicializa el P L C al energizar o restablecer (reset), inicia el
ciclo de exploración de program a.
‰ R ealiza autotest en la conexión y durante la ejecución del
program a
‰ C om unicación con periféricos y unidad de program ación
‰ L ectura y escritura en las interfases de E /S.
‰ C ontiene el interprete del program a del usuario, si existe.
Facultad de C iencias
C arlos C anto Q .
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AAuut ótómma at at as sppr ro og gr ra amma abbleles s
UASLP
M e m o r ia s d e u n P L C
L a m e m o r ia d e im a g e n d e e n t r a d a s y s a lid a s :
‰ A lm a c e n a la s ú lt im a s s e ñ a le s t a n t o la s le id a s e n la e n t r a d a c o m o
la s e n v ia d a s a la s a lid a a c tu a liz á n d o s e t r a s c a d a e j e c u c ió n
c o m p le t a d e l p r o g r a m a
‰ L a s s e ñ a le s d e e n t r a d a c o n s id e r a d a s p a r a e l c á lc u lo n o s o n la s
a c t u a le s d e la p la n t a , s in o la s p r e s e n t e s e n la m e m o r ia im a g e n
le id o s e n e l c ic lo a n t e r io r .
‰ Y lo s r e s u lt a d o s o b t e n id o s n o v a n d ir e c t a m e n t e a la in t e r f a z d e
s a lid a s in o a la m e m o r ia im a g e n d e s a lid a s c u a n d o f in a liz a c a d a
e j e c u c ió n d e l p r o g r a m a .
F a c u lta d d e C ie n c ia s
C a r lo s C a n to Q .
AAutóm
rogram ables
u tómatas
ataspprogram
ables
UASLP
M em oria im agen de entradas y salidas
L a s im á g e n e s de e n tra da s y sa lid a s d e l p ro ce so e x iste n p o r
tre s ra zo n e s:
‰
El s iste m a v e rific a to d a s la s e n tra d a s a l co m e n z a r e l cic lo . D e e ste m o d o se
sin cro n iz a n y ”co n g e la n ” lo s v a lo re s d e e sta s e n tra d a s d u ra n te la
e je c u c ió n d e l p ro g ra m a . L a im a g e n d e l p ro c e so a ctu a liz a la s sa lid a s
cu a n d o te rm in a d e e je cu ta rse e l p ro g ra m a . E llo tie n e u n e fe c to
e sta b iliz a d o r e n e l siste m a.
‰
El p ro g ra m a d e u su a rio p u e d e a cc e d e r a la im a g e n d e l p ro c e so m u c h o m á s
rá p id o d e lo q u e p o d r ía a c c e d e r d ire c ta m e n te a la s e n tra d a s y sa lid a s
fís ica s, co n lo c u a l se a ce le ra su tie m p o d e e je c u ció n .
‰
L a s e n tra d a s y s a lid a s so n u n id a d e s d e b it a la s q u e se d e b e a c c e d e r e n
fo rm a to d e b it. N o o b sta n te , la im a g e n d e l p ro c e so p e rm ite a c c e d e r a e lla s
e n fo rm a to d e b its, b y te s, p a la b ra s y p a la b ra s d o b le s, lo q u e o fre c e
fle x ib ilid a d a d ic io n a l .
Facultad d e C iencias
C arlos C anto Q .
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2.4 Interfases de E/S
Sección de entradas: se trata de líneas de entrada, las cuales pueden ser
de tipo digital o analógico. En ambos casos tenemos unos rangos de
tensión característicos, los cuales se encuentran en las hojas de
características del fabricante. A estas líneas conectaremos los sensores.
Sección de salidas: son una serie de líneas de salida, que también
pueden ser de carácter digital o analógico. A estas líneas conectaremos
los actuadores.
Tanto las entradas como las salidas están aisladas de la CPU según el
tipo de autómata que utilicemos. Normalmente se suelen emplear opto
acopladores en las entradas y relevadores/optoa copladores en las
salidas.
A este módulo se unen eléctricamente los sensores (interruptores,
finales de carrera, pulsadores,...).
La información recibida en él, es enviada a la CPU para ser procesada
de acuerdo la programación residente.
Se pueden diferenciar dos tipos de captadores conectables al módulo de
entradas: los Pasivos y los Activos.
Los Captadores Pasivos son aquellos que cambian su estado lógico,
activado - no activado, por medio de una acción mecánica. Estos son los
Interruptores, pulsadores, finales de carrera, etc.
Los Captadores Activos son dispositivos electrónicos que necesitan ser
alimentados por una tensión para que varíen su estado lógico. Este es el
caso de los diferentes tipos de detectores (Inductivos, Capacitivos,
Fotoeléctricos). Muchos de estos aparatos pueden ser alimentados por la
propia fuente de alimentación del autómata.
El que conoce circuitos de automatismos industriales realizados por
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contactores, sabrá que puede utilizar, como captadores, contactos
eléctricamente abiertos o eléctricamente cerrados dependiendo de su
función en el circuito. Como ejemplo podemos ver un simple arrancador
paro marcha. En él se distingue el contacto usado como pulsador de
marcha que es normalmente abierto y el usado como pulsador de parada
que es normalmente cerrado.
Sin embargo en circuitos automatizados por autómatas, los sensores
son generalmente abiertos.
Autómatas
Autómatasprogramables
programables
UASLP
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
Facultad de Ciencias
Carlos Canto Q.
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AAuut ótómma at at as sppr ro og gr ra amma abbleles s
UASLP
I n te r fa s e s d e e n t r a d a y s a lid a
• E s ta b le c e n la c o m u n ic a c ió n e n tr e la u n id a d
c e n tr a l y e l p ro c e s o .
• F iltr a n
• A d a p ta n
• C o d ific a n
F a c u lta d d e C ie n c ia s
C a r lo s C a n to Q .
Autóm
Autómatas
atasprogram
programables
ables
UASLP
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
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)
Facultad de Ciencias
Carlos Canto Q .
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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
Facultad de Ciencias
Carlos Canto Q.
2.5 Fuente de alimentación
Es la encargada de convertir la tensión de la red, 117 v c.a. ó 220v
c.a., a baja tensión de c.c, normalmente 24 v. Siendo esta la tensión de
trabajo en los circuitos electrónicos que forma el Autómata.
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