Arquitectura del PLC. Dpto. Electrónica, Automática e Informática Industrial)

Transcripción

1 Arquitectura del PLC Dpto. Electrónica, Automática e Informática Industrial)

2 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 y que las relaciones de control entre sensores y actuadores se puede modelar por una máquina de estados. Potencia Accionadores Supervisión Parte de Mando (PLC) Parte operativa (proceso) Transductores

3 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

4 ARQUITECTURA HW (I) CPU (Unidad de Control de Procesamiento) Memorias Periferia integrada & distribuida E/S digitales y analógica E/S especiales Unidad de programación Captadores Entradas Fuente de alimentación CPU Salidas Actuadores M Interfaces Unidad de programación Periféricos externos

5 ARQUITECTURA HW (II) E/S digitales y analógica (CAD y CDA) Periferia integrada & distribuida E/S especiales 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 Unidad de programación CONTROL (µp) Pantallas táctiles, HMI, SCADA Periferia distribuida para el sistema de supervisión y adquisición de datos DE PROGRAMA PROGRAMA MONITOR (S. O.) IMAGEN ENTRADAS MÓDULO DE ENTRADAS DIGITALES PROGRAMA DE CONTROL IMAGEN SALIDAS MÓDULO DE SALIDAS DIGITALES DATOS IMAGEN E/S MÓDULO DE E/S ANALÓGICAS PERIFERIA DISTRIBUIDA PROCESADORES DE COMUNICACIONES (C.P.) MÓDULO DE E/S ESPECIALES M

6 ARQUITECTURA HW (III) 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)+ RAM (marcas, temporizadores, contadores) Buses

7 Interfaz entradas Interfaz Salidas ARQUITECTURA HW (IV) Utilidades de las memorias Programa monitor Programa usuario Datos Fuente Alimentación Batería o EEPROM PROGRAMA MONITOR PROGRAMA USUARIO Imágenes E/S Variables internas Constantes CPU IMAGEN E/S TEMPOR. CONTADORES MARCAS Reg. Direcciones ALU DATOS TEMPORALES Reg. de pila Contador de programa Acumuladores Reg. Estado DATOS CONSTANTES

8 ARQUITECTURA HW (V) PERIFERIA DISTRIBUIDA DE PROGRAMA PROGRAMA MONITOR (S. O.) PROGRAMA DE CONTROL DATOS PROCESADORES DE COMUNICACIONES (C.P.) UNIDAD DE CONTROL (µp) IMAGEN ENTRADAS IMAGEN SALIDAS IMAGEN E/S MÓDULO DE E/S ESPECIALES MÓDULO DE ENTRADAS DIGITALES MÓDULO DE SALIDAS DIGITALES MÓDULO DE E/S ANALÓGICAS M

9 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).

10 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

11 Tiempo de ciclo CICLO DE FUNCIONAMIENTO PLC emular 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 Lectura de módulos de entradas y copia a imagen en memoria Escritura Salidas Escritura de imagen de salidas en módulos de salida

12 Tiempo de ciclo 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 Lectura de módulos de entradas y copia a imagen en memoria Programa de usuario Escritura Salidas Escritura de imagen de salidas en módulos de salida

13 Tiempo de ciclo CICLO DE FUNCIONAMIENTO E32 A32 Arranque Lectura Entradas Lectura de módulos de entradas y copia a imagen en memoria Programa de usuario PAE U E32.0 = A32.0 PAA Escritura Salidas Escritura de imagen de salidas en módulos de salida

14 Ciclo principal ( watch dog 0,1-0,5s) CICLO DE FUNCIONAMIENTO De STOP a RUN Verificación del HW y SW Borrado RAM Salidas a 0 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)

15 Ciclo principal ( watch dog 0,1-0,5s) 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. 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)

16 Interrupciones del ciclo principal Algunos procesos realizan 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.

17 EJEMPLOS DE PLCs

18 Periferia distribuida Manejar la complejidad Objetos simples distribuidos que dan servicios Implementación en los procesos productivos: Comunicaciones entre objetos. CIM (Computer integrated manufacturing)

19 Tres niveles PIRÁMIDE CIM 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 herramientas, robots, PLCs, máquinas 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)

20 Conexionado PLC con la periferia distribuida

21 INTERFACES Desde procesos sencillos sin interfaz hasta la supervisión en tiempo real Panel OP7/PP TP programado con WinCC flexible Modelo TP170A MP SIMATIC Multi Panel MP 377 PRO 15''