T2 Tiempo de respuesta de un PLC

Control Secuencial
Tema N° 2.- Tiempo de respuesta de un PLC
2.1. Factores que inciden en el tiempo de respuesta del PLC.
Introducción
Para desarrollar aplicaciones que permitan manejar y controlar
procesos en las plantas, es importante que el controlador lógico
programable se encuentre en capacidad de responder ante la
presencia de situaciones propias involucradas en el proceso.
Cuando se está seleccionando un PLC para el control de algún
proceso, es fundamental conocer que tan rápido puede responder
dicho controlador utilizando entradas y salidas estándar.
Factores
Aunque el tiempo de respuesta depende de muchos factores, los
más importantes a considerar son:
• Tiempo de barrido.
• Tiempo de actualización de la tabla imagen de entrada / salida.
• Tiempo de respuesta del módulo de entrada.
• Tiempo de respuesta del módulo de salida.
Tiempo de barrido
(scan time)
El tiempo de barrido proporciona una idea clara de la velocidad
con que el PLC, puede:
• Leer las entradas y actualizar la tabla de entrada / salida.
• Ejecutar el programa del usuario.
• Actualizar la tabla de entrada / salida y activar / desactivar las
salidas.
Valor
Normalmente el tiempo de barrido está
representado en unidades de tiempo por cada 1000
instrucciones típicas ejecutadas, es decir ms/K.
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Tema N° 2.- Tiempo de respuesta de un PLC.
2.1. Factores que inciden en el tiempo de respuesta del PLC. ( continuación )
Tiempo de barrido
(scan time)
( continuación )
Ejemplo
Un tiempo de barrido de 10 mseg/k significa que
en promedio, el PLC tardará 10 milisegundos por
cada Kbyte de memoria utilizada en realizar un
scan completo.
Si se utilizan 4 Kbytes de memoria, se estima que
el PLC tardará aproximadamente 40 milisegundos
en hacer un barrido ( scan ) completo.
Ciclo de barrido
Seguidamente se muestran los elementos principales asociados un
ciclo de barrido (scan).
Ejecutar funciones de:
-Diagnósticos
-Actualización de
periféricos
-Comunicaciones
Leer de los módulos
de entrada:
-Estados de las entradas
-Actualizar la tabla
imagen de entrada
Ejecutar el programa
aplicación paso a paso:
-verificar el estado de
los contactos según la
tabla imagen de
entrada/salida
Escribir en los módulos
de salida el estado de
la salida
Escribir los nuevos
estados de las bobinas
sobre la tabla imagen de
salida
Según lógica implantada
determinar el estado
de cada bobina
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Tiempo de barrido
(scan time)
( continuación )
Dependencia
Si las instrucciones que se utilizan en el programa
de aplicación corresponde a funciones lógicas
simples, el tiempo del barrido indicado por el
fabricante será real. En tal sentido, el tiempo de
barrido dependerá de:
• La longitud de la aplicación ( número de
instrucciones que posee el programa de
aplicación ).
• Los tipos de instrucciones utilizados.
• Los periféricos conectados al controlador
(siempre que no disponga de módulos
inteligentes para ejecutar estas funciones ).
• La habilidad propia del programador para
desarrollar la aplicación al ubicar
correctamente las instrucciones dentro del
programa.
Importante
Un programa con muchas instrucciones
complejas, tales como división utilizando doble
precisión, cálculo de raíces cuadradas, etc., podría
afectar altamente el tiempo de barrido (scan time)
entre un ciclo y otro.
Observación
Considerando la nota anterior, el programador de
la aplicación deberá tomar en cuenta estas
limitaciones del tiempo de barrido y programar la
lógica de manera que se garantice el tiempo de
respuesta mínimo.
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2.1. Factores que inciden en el tiempo de respuesta del PLC ( continuación )
Tiempo de barrido
(scan time)
( continuación )
Ejemplo
Si se debe realizar un cálculo de raíz cuadrada a
una variable que por condiciones de proceso varia
cada 10 segundos, no será necesario ejecutar el
cálculo en cada barrido. Esta reducción del
tiempo del barrido (scan) se puede lograr
utilizando instrucciones tales como: saltos
(jump) o llamadas de sub-rutinas, las cuales
ejecutarán dicho cálculo bajo condiciones lógicas
preestablecidas.
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2.1. Factores que inciden en el tiempo de respuesta del PLC. ( continuación )
Actualización de la
tabla de imagen de
entrada / salida
La actualización de la tabla de imagen de entrada / salida tiene un
efecto en el tiempo de respuesta de algunos tipos de controladores
existentes en el mercado.
A continuación se especifican las fases para
actualizar la tabla de imagen de entrada y
salida.
Proceso
Fase
Descripción
1
El CPU del controlador toma una “fotografía” del
estado de todos sus módulos de entrada y los
almacena en un área de la memoria RAM ( tabla
imagen de entrada).
2
El CPU utiliza la tabla imagen para resolver la
lógica del programa de aplicación.
3
A medida que la lógica se va ejecutando, los
estados de las bobinas ( energizadas o
desenergizadas) se almacenan en la tabla de
imagen de salida ( ubicada en otra área de la
memoria RAM).
Nota
Aunque los puntos de los módulos de salida no se
actualizan hasta que no se ejecute la última
instrucción del programa, al ocurrir esto, se
actualizan las salidas y comienza un nuevo ciclo.
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2.1. Factores que inciden en el tiempo de respuesta del PLC ( continuación )
Actualización de la
tabla de imagen de
entrada / salida
( continuación )
Tiempo de
barrido
En la siguiente figura se muestra el tiempo de
barrido ( scan time ) de un PLC.
Ci
ti
t
ACi
e
SCAN 1
to
ti
te
to
SCAN 2
ti = Tiempo para “fotografiar” las entradas y actualizar Tabla Imagen
Ent/Sal.
te = Tiempo de ejecución de la Lógica programada en la aplicación.
to = Tiempo de actualización de las salidas.
Ci = Cambio de una señal de entrada luego de que el CPU culminó con el
ciclo de fotografiado.
ACi = Actualización del punto de entrada que cambio en el SCAN 1 (SCAN
ANTERIOR) en la Tabla de Entrada.
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2.1. Factores que inciden en el tiempo de respuesta del PLC ( continuación )
Dispositivo de
entrada / salida
Hasta los momentos se ha considerado el tiempo de respuesta
desde el punto de vista interno del controlador. En realidad el
tiempo de respuesta total esta compuesta por:
1) Tiempo de retardo añadido por el dispositivo sensor de
campo (interruptores de presión, interruptores de
temperatura, interruptores de fin de carrera, etc.)
2) Tiempo de retardo añadido por el módulo de entrada para
reconocer un cambio de estado de energizado (ON) a
desenergizado (OFF) o de desenergizado (OFF) a
energizado (ON). (ON Delay y OFF Delay).
3) Tiempo de actualización de las entradas en la Tabla
Imagen ( se deberá considerar el peor de los casos como
un ciclo de barrido adicional ).
4) Tiempo para ejecutar o resolver la lógica programada en
la aplicación.
5) Tiempo de retardo añadido por los módulos de salida
para realizar un cambio de energizado (ON) a
desenergizado (OFF) o de desenergizado (OFF) a
energizado (ON). (ON Delay y OFF Delay).
6) Tiempo de retardo añadido por los dispositivos
encargados de ejecutar la acción generada por el PLC
( solenoides, relés, etc.)
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2.1. Factores que inciden en el tiempo de respuesta del PLC ( continuación )
Dispositivo de
entrada / salida
( continuación )
Tiempo de
respuesta
A continuación se presenta el diagrama del
tiempo de respuesta de un controlador lógico
programable.
Ocurre el evento en el proceso
Dispositivo sensor de campo
Lectura de los módulos entrada
Entrada ( Actualización de la
tabla de imagen entrada/salida)
Ejecución lógica
Escritura de la tabla imagen
de entrada/salida
Escritura a módulos de salida
Dispositivo actuador de campo
0
Observación
10
20
30
40
50
60
70
80
Tiempo
Luego de realizar la tabla de tiempos, si el cálculo
del tiempo de respuesta se encuentra muy cerca
del lazo de control más crítico, será necesario
seleccionar dispositivos, módulos o controladores
más rápidos para controlar la aplicación deseada.
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2.2. Optimización del tiempo de respuesta
Introducción
Dependiendo de la forma como estén escritas las instrucciones en el
programa de aplicación, podrán adicionarse retardos en uno o más
ciclos de ejecución antes de que la lógica programada pueda
reconocer una entrada y generar la salida adecuada.
Observación
Esta forma de programar la realiza
intencionalmente el programador con la finalidad
de utilizar los ciclos de barrido ( scan ) como
temporizadores o como medio de verificación de
que la entrada es válida.
Estos tiempos de retardos pueden presentarse
accidentalmente como resultado de una mala
técnica de programación.
Ejemplos
En la siguiente ilustración se presentan dos diagramas de escaleras
con las mismas instrucciones ubicadas de manera diferente.
Diagrama 1
B1200
B50
B800
B1200
10
B800
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SCAN
1
2
3
4
5
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2.2. Optimización del tiempo de respuesta ( continuación )
Ejemplos
( continuación )
En el diagrama temporal asociado
funcionamiento se puede observar:
Explicación
a
su
• Como cambian los estados de las señales
programadas (B50, B800, B1200) en función a la
señal de activación 10.
• Que la bobina B50 se activa 3 ciclos de barrido (
scan ) después que se activa la señal 10.
Diagrama 2
10
B800
B800
B1200
B1200
SCAN
1
2
3
4
5
B50
Explicación
En el diagrama temporal asociado
funcionamiento se puede observar:
a
su
• Que las señales B50, B800 y B1200 responden
inmediatamente ante un cambio de estado de la
señal 10.
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2.2. Optimización del tiempo de respuesta ( continuación )
Métodos
En algunas aplicaciones uno o más puntos de entradas pueden
requerir una acción más rápida que la del resto de los puntos.
A continuación se indican algunos métodos utilizados por los
fabricantes de controladores lógicos programables para resolver
estos problemas.
Métodos
1. Ejecución de
tipos de tareas.
Explicación
dos Si el controlador programable posee una
tarea rápida y otra lenta, se utilizará la
tarea rápida para ejecutar el lazo de
control más crítico de la aplicación.
2. Uso de instrucción de Si el controlador se basa en el uso de
actualización.
instrucciones de actualización de las
entradas y salidas, el CPU
inmediatamente realiza una actualización
( refrescamiento ) de una parte o de toda
la tabla de imagen de entrada y/o salida y
posteriormente continua resolviendo la
lógica.
Nota: Utilizando este método, los puntos
críticos de un alzo de control pueden
manipularse sin esperar la culminación del
ciclo de barrido o simplemente se puede
verificar varias veces dicho lazo crítico
del ciclo de un scan.
3. Uso de interruptores
Se utiliza para interrumpir el ciclo de
barrido y ejecutar la rutina que maneja el
lazo más crítico.
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2.2. Optimización del tiempo de respuesta ( continuación )
Métodos
( continuación )
Métodos
Explicación
4. Uso de interruptores Algunos controladores utilizan este tipo
por hardware
de interrupciones, incorporando un
módulo especial, el cual genera dentro
del programa un salto (jump) a una
localidad preestablecida cuando se
presenta una entrada en el módulo.
Dicha interrupción puede:
• Definir una prioridad con la finalidad
de manejar más de una entrada que
necesite atención al mismo tiempo.
• Ser enmascarada para permitir
interrupciones en ciertos lugares del
ciclo de barrido (scan).
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