Arquitectura del PLC
Dpto. Electrónica, Automática e Informática Industrial)www.elai.upm.es
Bibliografía
Introducción (I)
El PLC recibe, en tiempo real, la información de los sensores
conectados al proceso y ejecuta un programa para determinar
las acciones de control.
Un PLC es un automatismo programable de eventos síncronos
en el que las relaciones de control entre sensores y
actuadores se puede modelar por una máquina de estados.
Parte operativa
(proceso)Parte de Mando
(PLC)
Potencia Accionadores
Transductores
Supervisión
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Introducción (II)
Sustitución de la lógica cableada por programada
Flexibilidad, fiabilidad y complejidad.
Estructura modular (adaptación al tipo de procesos).
Diferencias entre PLC y PC
Fiabilidad → sistemas operativos simples
Emulación de esquema de contactos (actividades concurrentes)
Lectura de Entradas + Ejecución de programa + Escritura de Salidas
4Fuente: http://images.slideplayer.es/2/157373/slides/slide_3.jpg
ARQUITECTURA HW (I)
CPU (Central Processing Unit)
Memorias
Periferia integrada: dispositivos conectados al bus interno de la CPU
Periferia distribuida: dispositivos que requieren interfaz de comunicaciones (con uP)
En
tra
da
s
Sa
lida
s
Fuente de
alimentación
CPU
Interfaces
Captadores Actuadores
Unidad de
programación
M
Periféricos
externos
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E/S digitales y analógicas
E/S especiales
Unidad de programación
ARQUITECTURA HW (IIA)
UNIDAD DE
CONTROL (µp)
MEMORIA
PROGRAMA
MONITOR
(S. O.)
MEMORIA
PROGRAMA
DE CONTROL
PROCESADORES
DE
COMUNICACIONES
(C.P.)
MEMORIA
IMAGEN
ENTRADAS
MEMORIA
DATOS
PERIFERIA
DISTRIBUIDA
MÓDULO
DE
ENTRADAS
DIGITALES
MEMORIA
IMAGEN
SALIDAS
MÓDULO
DE
SALIDAS
DIGITALES
MEMORIA
IMAGEN E/S
MÓDULO DE E/S
ANALÓGICAS
MÓDULO DE E/S
ESPECIALES
MEMORIA DE PROGRAMA
M
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ARQUITECTURA HW (IIB)
E/S digitales y analógica (CAD y CDA)
Periferia integrada & distribuida
E/S especiales
Con μP propio
Controladores de motores, lectura de galgas, termopares,…
Módulos de comunicaciones
Su propio μP e interacciona a través de una interfaz de comunicaciones (periferia distribuida)
Unidad de programación
Pantallas táctiles, HMI,
SCADA
Periferia distribuida para el sistema de supervisión y adquisición de datos
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ARQUITECTURA HW (III)
Utilidades de las
memorias
Programa
monitor
Programa usuario
Datos
Imágenes E/S
Variables
internas
Constantes
TEMPOR.
CONTADORESCPU
IMAGEN
E/S
Interfaz
Salidas
Interfaz
entradas
ALU
PROGRAMA USUARIO
Fuente
AlimentaciónBatería
o
EEPROM
DATOS
TEMPORALES
MARCAS
Reg. Estado
Acumuladores
Reg. Direcciones
PROGRAMA MONITOR
Reg. de pila
Contador de
programa
DATOS
CONSTANTES
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ARQUITECTURA HW (IV): CPU S7-300 313C
CPU (Unidad de Control de Procesamiento) → μP ALU (Unidad Lógica Aritmética) +
Unidad de control (Registros de estado + acumuladores + pilas (memorias)).
Memorias ROM +EEPROM (programa monitor o
S.O, programa de usuario) RAM (marcas, temporizadores,
contadores)
Buses
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ARQUITECTURA HW (V): CPU S7-300 313C
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ARQUITECTURA SW(I)
Estados operativos de un PLC
RUN: ejecuta el programa del usuario de manera cíclica
Lectura de Entradas + Programa + Escritura de salidas
STOP: Se detiene por orden del usuario
Las salidas a 0 y se conservan las marcas, temporizadores,… (RAM)
ERROR: Se detiene por el PLC y registra el tipo de error
Las salidas a 0 y el PLC recupera su estado desde la unidad de programación.
DESCONEXIÓN: Falta de alimentación, se pierde la información volátil (RAM).
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ARQUITECTURA SW (II)
De STOP a RUN se denomina ARRANQUE:
Tipos de arranque
A) Frio: viene de estar apagado
B) Caliente: viene de STOP
STOP se utiliza para el mantenimiento
Preserva la información
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CICLO DE FUNCIONAMIENTO
PLC emula el comportamiento de
los contactores
Contactores funcionan en paralelo
PLC es un sistema secuencial
síncrono
Las E/S quedan sincronizadas y evaluadas
a la vez
Lectura de Entradas + Programa +
Escritura de salidas
Arranque
Lectura Entradas
Programa de usuario
Escritura Salidas
Tiem
po
de
cicl
o
Lectura de módulos deentradas y copia aimagen en memoria
Escritura de imagen desalidas en módulos desalida
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CICLO DE FUNCIONAMIENTO
Concepto de memoria imagen
Ventana temporal de sincronización
Para el PLC, el mundo exterior sólo
cambia de ciclo a ciclo.
Eficiencia en la consulta de las E/S
La CPU no hace consulta por
interrupción en cada E/S
Arranque
Lectura Entradas
Programa de usuario
Escritura Salidas
Tiem
po
de
cicl
o
Lectura de módulos deentradas y copia aimagen en memoria
Escritura de imagen desalidas en módulos desalida
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CICLO DE FUNCIONAMIENTO
E32 A32
PAE
0000 0001
PAA
0000 0001
U E32.0
= A32.0
Arranque
Lectura Entradas
Programa de usuario
Escritura Salidas
Tiem
po
de
cicl
o
Lectura de módulos deentradas y copia aimagen en memoria
Escritura de imagen desalidas en módulos desalida
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CICLO DE FUNCIONAMIENTO
De STOP a RUN
Verificación del HW y SW
Salidas a 0
Borrado de la memoria no remanente
Si todo ok pasa a ciclo
Test y disparar ‘perro guardián’
Pasa a Error si hay superación de
tiempo
Actualización de la imagen proceso
Más rápido con periferia integrada
Ejecución del programa
Consulta a los periféricos
Si requiere más tiempo interrumpe la
comunicación hasta siguiente ciclo
Paso a modo
RUN
Test HW
(<1s)
Borrado de memoria no remanente
Redisparo del watch dog,
comprobación de memoria de
programa y errores HW (1ms)
Lectura de
Entradas (<5ms)
Escritura de
Salidas (<5ms)
Ejecución de
programa de usuario
Atender a periféricos (PC)
(<2ms)
Ciclo principal
( watch dog 0,1-0,5s)
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CICLO DE FUNCIONAMIENTO
El tiempo de ciclo depende de
Tamaño del programa del usuario.
Velocidad de la CPU.
Tiempo consumido en el
autodiagnóstico
Tiempo de actualización de las E/S
que dependerá del número de ellas
Tiempo de comunicaciones con
módulos periféricos.
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Paso a modo
RUN
Test HW
(<1s)
Borrado de memoria no remanente
Redisparo del watch dog,
comprobación de memoria de
programa y errores HW (1ms)
Lectura de
Entradas (<5ms)
Escritura de
Salidas (<5ms)
Ejecución de
programa de usuario
Atender a periféricos (PC)
(<2ms)
Ciclo principal
( watch dog 0,1-0,5s)
Interrupciones del ciclo principal
Algunos procesos deben realizar operaciones más rápido que lo previsto en un ciclo.
Interrupciones al programa del usuario
Tipo de interrupciones: Externas: periferia integrada o distribuida.
Interna: reloj de la CPU.
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EJEMPLOS DE PLCs
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Manejar la complejidad
Objetos simples distribuidos que dan servicios
Implementación en los procesos productivos:
Comunicaciones entre objetos.
CIM (Computer integrated manufacturing)
TIA (Totally Integrated Manufacturing)
Periferia distribuida
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Tres niveles Nivel de campo
Dispositivos inteligentes conectados al PLC mediante redes digitales, bidireccioneales y multipunto, montados sobre un bus serie (PROFIBUS, AS-Interface,…)
Sustitución de las conexiones punto a punto ( 4÷20mA, 0-10V,…)
Nivel de control Comunicaciones entre PLCs, máquinas
herramientas, robots,…
Ethernet industrial (PROFIBUS)
Nivel de servicio Consignas y monitorización
Pantallas táctiles (pueden ser configuradas y simuladas mediante SW, WinCC)
Paneles con computador industrial embebido: monitorización en tiempo real con funciones de supervisión (SCADA)
PIRÁMIDE CIM
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Conexionado PLC con la periferia distribuida
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INTERFACES
Panel OP7/PP TP programado con WinCC flexible
Modelo TP170A MP SIMATIC Multi Panel MP 377 PRO 15''
• Desde procesos sencillos sin interfaz hasta la supervisión en tiempo real
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