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PLC - CURSO AUTOMATAS PROGRAMABLES

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Contenido del curso

Contenido del curso

Teoría :

Teoría :

n

n

Introducción al Control Industrial

Introducción al Control Industrial

n

n

Arquitectura de los autómatas programables

Arquitectura de los autómatas programables

n

n

Programación de autómatas: Introducción al

Programación de autómatas: Introducción al

Grafcet

Grafcet

n

n

Diseño estructurado de sistemas de control

Diseño estructurado de sistemas de control

n

n

GEMMA

GEMMA

n

(3)

Contenido del curso

Contenido del curso

Práctica :

Práctica :

n

n

Introducción a los autómatas Siemens S7

Introducción a los autómatas Siemens S7

-

-

200

200

n

n

Lenguajes de programación. Operaciones básicas.

Lenguajes de programación. Operaciones básicas.

n

n

Entorno de programación

Entorno de programación

Step

Step

7

7

-

-

Micro/

Micro/

Win

Win

32

32

n

n

Subrutinas y rutinas de interrupción

Subrutinas y rutinas de interrupción

n

(4)

Bibliografía

Bibliografía

n

n

Título: “Autómatas Programables: Teoría y Práctica”

Título: “Autómatas Programables: Teoría y Práctica”

Autor: Nicolás García, Miguel

Autor: Nicolás García, Miguel

Almonacid

Almonacid

, Roque

, Roque

Saltarén

Saltarén

, Rafael

, Rafael

Puertol

Puertol

Editorial: Universidad Miguel

Editorial: Universidad Miguel

Hernandez

Hernandez

Año: 2000

Año: 2000

Texto base de la asignatura

(5)

Bibliografía

Bibliografía

n

n

Título: “Autómatas Programables”

Título: “Autómatas Programables”

Autor:

Autor:

Josep Balcells

Josep Balcells

,

,

Jose

Jose

Luis Romeral

Luis Romeral

Editorial:

Editorial:

Marcombo

Marcombo

Año: 1997

Año: 1997

n

n

Titulo: “Automatización : Problemas resueltos con autómatas

Titulo: “Automatización : Problemas resueltos con autómatas

programables”

programables”

Autor: J. Pedro Romera, J. Antonio

Autor: J. Pedro Romera, J. Antonio

Lorite

Lorite

,

,

Sebastian Montoro

Sebastian Montoro

Editorial: Paraninfo

Editorial: Paraninfo

Año: 1996

(6)

Introducción al Control industrial

Introducción al Control industrial

n

n

Introducción al Control Industrial

Introducción al Control Industrial

n

n

Arquitectura de los autómatas programables

Arquitectura de los autómatas programables

n

n

Programación de autómatas: Introducción al

Programación de autómatas: Introducción al

Grafcet

Grafcet

n

(7)

Introducción al Control Industrial

Introducción al Control Industrial

n

n

Introducción al Control Industrial

Introducción al Control Industrial

Introducción

Introducción

n

n

Definición

Definición

n

n

Antecedentes históricos

Antecedentes históricos

Topología de los sistemas de control

Topología de los sistemas de control

n

n

Tipos de topologías

Tipos de topologías

Tipos de sistemas de control

Tipos de sistemas de control

n

n

Lógica cableada

Lógica cableada

n

n

Lógica programada

Lógica programada

El autómata programable

El autómata programable

(8)

Introducción

Introducción

Definición de control

Definición de control

n

n

Se puede definir control como “la manipulación indirecta de las

Se puede definir control como “la manipulación indirecta de las

magnitudes de un sistema llamado planta a través de otro sistema

magnitudes de un sistema llamado planta a través de otro sistema

llamado sistema de control”

llamado sistema de control”

PLANTA RESPUESTA RESPUESTA SISTEMA DE CONTROL SEÑALES SEÑALES DE CONTROL DE CONTROL CONSIGNAS CONSIGNAS OPERADOR OPERADOR

(9)

Introducción

Introducción

Antecedentes Históricos (I)

Antecedentes Históricos (I)

n

n

Primeros sistemas de control

Primeros sistemas de control

Revoluci

Revoluci

ó

ó

n industrial finales del

n industrial finales del

siglo XIX y principios del XX.

siglo XIX y principios del XX.

n

n

Basados en

Basados en

componentes mecánicos y electromagnéticos, básicamente

componentes mecánicos y electromagnéticos, básicamente

engranajes, palancas, pequeños motores, relés, contadores y

engranajes, palancas, pequeños motores, relés, contadores y

temporizadores.

temporizadores.

n

n

Uso de contadores, relés, temporizadores, ... para automatizar

Uso de contadores, relés, temporizadores, ... para automatizar

tareas fue

tareas fue

aumentando a lo largo del tiempo. PROBLEMAS

aumentando a lo largo del tiempo. PROBLEMAS

DERIVADOS :

DERIVADOS :

n

n

Armarios donde se alojaban muy grandes y voluminosos

Armarios donde se alojaban muy grandes y voluminosos

n

n

Probabilidad de avería muy alta

Probabilidad de avería muy alta

n

n

Localización de la avería muy difícil y complicada

Localización de la avería muy difícil y complicada

n

n

Stock de material muy importante. Costo económico muy alto

Stock de material muy importante. Costo económico muy alto

n

(10)

Introducción

Introducción

Antecedentes Históricos (II)

Antecedentes Históricos (II)

n

n

A partir de los años 50

A partir de los años 50

semiconductores y los primeros

semiconductores y los primeros

circuitos integrados. Sustituirían las funciones realizadas por

circuitos integrados. Sustituirían las funciones realizadas por

los

los

relés.

relés.

Mejoras

Mejoras

n

n

Sistemas de menor tamaño y con menor desgaste.

Sistemas de menor tamaño y con menor desgaste.

n

n

Reducía el problema de fiabilidad y de stock.

Reducía el problema de fiabilidad y de stock.

Problema de estos sistemas: su falta de FLEXIBILIDAD.

Problema de estos sistemas: su falta de FLEXIBILIDAD.

n

n

A finales de los años 60, la industria estaba demandando cada ve

A finales de los años 60, la industria estaba demandando cada ve

z

z

más un sistema económico, robusto, flexible y fácilmente

más un sistema económico, robusto, flexible y fácilmente

modificable.

modificable.

En 1968 nacieron los primeros autómatas programables (

(11)

Introducción

Introducción

Antecedentes Históricos (III)

Antecedentes Históricos (III)

n

n

Los primeros

Los primeros

PLCs

PLCs

:

:

memoria cableada y una unidad central

memoria cableada y una unidad central

constituida por circuitos integrados.

constituida por circuitos integrados.

n

n

A principios de los 70,

A principios de los 70,

PLCs

PLCs

incorporan el MICROPROCESADOR

incorporan el MICROPROCESADOR

Más prestaciones, elementos de comunicación hombre

Más prestaciones, elementos de comunicación hombre

-

-

máquina más

máquina más

modernos, manipulación de datos, cálculos matemáticos, funciones

modernos, manipulación de datos, cálculos matemáticos, funciones

de comunicación, etc.

de comunicación, etc.

n

n

Segunda mitad de los 70

Segunda mitad de los 70

n

n

más capacidad de memoria, posibilidad de entradas/salidas remota

más capacidad de memoria, posibilidad de entradas/salidas remota

s,

s,

analógicas y numéricas, funciones de control de posicionamiento,

analógicas y numéricas, funciones de control de posicionamiento,

aparición de lenguajes con mayor número de instrucciones más pot

aparición de lenguajes con mayor número de instrucciones más pot

entes

entes

y, desarrollo de las comunicaciones con periféricos y ordenadore

y, desarrollo de las comunicaciones con periféricos y ordenadore

s.

s.

n

n

Década de los 80 la mejora de las prestaciones se

Década de los 80 la mejora de las prestaciones se

refire

refire

a:

a:

n

n

velocidad de respuesta, reducción de las dimensiones, mayor conc

velocidad de respuesta, reducción de las dimensiones, mayor conc

entración de

entración de

número de entradas/salidas en los módulos respectivos, desarroll

número de entradas/salidas en los módulos respectivos, desarroll

o de módulos de

o de módulos de

control continuo, PID,

(12)

Introducción

Introducción

Antecedentes Históricos (IV)

Antecedentes Históricos (IV)

n

n

Más capacidad de diagnóstico en el funcionamiento e incremento e

Más capacidad de diagnóstico en el funcionamiento e incremento e

n los tipos de

n los tipos de

lenguajes de programación : desde los lenguajes de contactos, le

lenguajes de programación : desde los lenguajes de contactos, le

nguajes de

nguajes de

funciones lógicas, lista de instrucciones basados en nemotécnico

funciones lógicas, lista de instrucciones basados en nemotécnico

s,

s,

flujogramas

flujogramas

,

,

lenguajes informáticos,

lenguajes informáticos,

Grafcet

Grafcet

, etc...

, etc...

n

n

Debido al desarrollo de la electrónica. Hoy en día hay distintas

Debido al desarrollo de la electrónica. Hoy en día hay distintas

variedades de autómatas que van desde:

variedades de autómatas que van desde:

n

n

Microautómatas

Microautómatas

y

y

Nanoautómatas

Nanoautómatas

que se utilizan en apertura y cierre de

que se utilizan en apertura y cierre de

puertas,

puertas,

domótica

domótica

, control de iluminación, control de riego de jardines,

, control de iluminación, control de riego de jardines,

etc.

etc.

n

n

Autómatas de gama alta

Autómatas de gama alta

prestaciones de un peque

prestaciones de un peque

ñ

ñ

o ordenador

o ordenador

n

n

Principal Virtud de un PLC es su robustez y facilidad de

Principal Virtud de un PLC es su robustez y facilidad de

interconexión con el proceso

interconexión con el proceso

Tendencia Actual es:

(13)

Introducción

Introducción

Antecedentes Históricos (V)

Antecedentes Históricos (V)

n

n

Elaboración de un automatismo. ¿ Qué datos debo conocer ?

Elaboración de un automatismo. ¿ Qué datos debo conocer ?

INICIO INICIO

Elección de las opciones tecnológicas

más eficaces

Evaluación de las opciones desde el

punto de vista económico

Toma de Decisiones

Lógica Programada

Estudio preliminar

Estudio preliminar

Conocer con el mayor detalle posible las

Conocer con el mayor detalle posible las

carácteristicas

carácteristicas

, el funcionamiento, las distintas

, el funcionamiento, las distintas

funciones, etc. , de la máquina o proceso a

funciones, etc. , de la máquina o proceso a

automatizar.

automatizar.

Análisis técnico y económico

Análisis técnico y económico

Especificaciones técnicas del automatismo :

Especificaciones técnicas del automatismo :

materiales, aparatos, su adaptación al

materiales, aparatos, su adaptación al

sistema, etc.

sistema, etc.

Valoración económica.

Valoración económica.

Toma de la decisión final

Toma de la decisión final

--

Ventajas e inconvenientes

Ventajas e inconvenientes

--

Posibles ampliaciones

Posibles ampliaciones

--

Rentabilidad de la inversión

Rentabilidad de la inversión

--

etc

etc

Especificaciones técnicas del sistema

o proceso a automatizar

(14)

Introducción al Control industrial

Introducción al Control industrial

n

n

Introducción al Control Industrial

Introducción al Control Industrial

Introducción

Introducción

n

n

Definición

Definición

n

n

Antecedentes históricos

Antecedentes históricos

Topología de los sistemas de control

Topología de los sistemas de control

n

n

Tipos de topologías

Tipos de topologías

Tipos de sistemas de control

Tipos de sistemas de control

n

n

Lógica cableada

Lógica cableada

n

n

Lógica programada

Lógica programada

El autómata programable

El autómata programable

(15)

Topología de los sistemas de control

Topología de los sistemas de control

Tipos de topologías (I)

Tipos de topologías (I)

n

n

Objetivo de un sistema de control es:

Objetivo de un sistema de control es:

gobernar la respuesta de una

gobernar la respuesta de una

planta

planta

, sin que el operador intervenga

, sin que el operador intervenga

directamente sobre sus elementos de salida. El operador manipula

directamente sobre sus elementos de salida. El operador manipula

únicamente las magnitudes de

únicamente las magnitudes de

consigna

consigna

y el sistema de control se

y el sistema de control se

encarga de gobernar dicha salida a través de los

encarga de gobernar dicha salida a través de los

accionamientos

accionamientos

.

.

El sistema de control opera, en general, con magnitudes de baja

El sistema de control opera, en general, con magnitudes de baja

potencia, llamadas genéricamente

potencia, llamadas genéricamente

señales

señales

, y gobierna unos

, y gobierna unos

accionamientos que son los que realmente modulan la potencia

accionamientos que son los que realmente modulan la potencia

entregada a la

entregada a la

planta

planta

.

.

n

n

Tipos de topologías :

Tipos de topologías :

Lazo Abierto

Lazo Abierto

(16)

Topología de los sistemas de control

Topología de los sistemas de control

Tipos de topologías (II)

Tipos de topologías (II)

n

n

Lazo Abierto

Lazo Abierto

Sistema de control no recibe información del comportamiento de l

Sistema de control no recibe información del comportamiento de l

a

a

planta

planta

SISTEMA

DE

CONTROL

PLANTA

SEÑALES DE

CONTROL

SEÑALES DE

CONSIGNAS

ACCIONAMIENTOS

ENERGIA

(17)

Topología de los sistemas de control

Topología de los sistemas de control

Tipos de topologías (III)

Tipos de topologías (III)

n

n

Lazo Cerrado

Lazo Cerrado

Existe una realimentación a través de los sensores desde la plan

Existe una realimentación a través de los sensores desde la plan

ta

ta

hacia el sistema de control.

hacia el sistema de control.

RESPUESTA

PLANTA

SEÑALES DE

SEÑALES DE

CONTROL

CONTROL

SEÑALES DE

SEÑALES DE

CONSIGNA

CONSIGNA

ACCIONAMIENTOS

Elementos de señal

Elementos de señal

Elementos de potencia

Elementos de potencia

ENERGIA

ENERGIA

SALIDAS

SALIDAS

SENSORES

INTERFACES

REALIMENTACIÓN

REALIMENTACIÓN

ENTRADAS

ENTRADAS

SISTEMA

DE

CONTROL

(18)

Introducción al Control industrial

Introducción al Control industrial

n

n

Introducción al Control Industrial

Introducción al Control Industrial

Introducción

Introducción

n

n

Definición

Definición

n

n

Antecedentes históricos

Antecedentes históricos

Topología de los sistemas de control

Topología de los sistemas de control

n

n

Tipos de topologías

Tipos de topologías

Tipos de sistemas de control

Tipos de sistemas de control

n

n

Lógica cableada

Lógica cableada

n

n

Lógica programada

Lógica programada

El autómata programable

El autómata programable

(19)

Tipos de sistemas de control (I)

Tipos de sistemas de control (I)

n

n

Clasificación, según el tipo de señales que intervienen en la pl

Clasificación, según el tipo de señales que intervienen en la pl

anta

anta

a controlar:

a controlar:

Sist. Control Analógicos: señales de tipo continuo (0 a 10 V, 4

Sist. Control Analógicos: señales de tipo continuo (0 a 10 V, 4

a 20

a 20

mA

mA

, etc.)

, etc.)

propocionales

propocionales

a unas determinadas magnitudes físicas

a unas determinadas magnitudes físicas

(presión,

(presión,

temperaotura

temperaotura

, velocidad, etc.)

, velocidad, etc.)

Sist. Control Digitales: señales binarias (todo o nada) sólo pue

Sist. Control Digitales: señales binarias (todo o nada) sólo pue

den

den

representar dos estados o niveles.

representar dos estados o niveles.

Sist. Control híbridos analógicos

Sist. Control híbridos analógicos

-

-

digitales: Autómatas programables

digitales: Autómatas programables

n

n

Unidad de control esta formada por un microprocesador :

Unidad de control esta formada por un microprocesador :

señales digitales de entrada y salida

señales digitales de entrada y salida

señales

señales

análogicas

análogicas

de entrada previamente convertidas (A/D)

de entrada previamente convertidas (A/D)

(20)

Tipos de sistemas de control (II)

Tipos de sistemas de control (II)

n

n

Unidad de control: señales digitales y analógicas

Unidad de control: señales digitales y analógicas

UNIDAD

UNIDAD

DE

DE

CONTROL

CONTROL

ENTRADAS

ENTRADAS

DIGITALES

DIGITALES

SALIDAS

SALIDAS

DIGITALES

DIGITALES

A/D

ENTRADAS

ENTRADAS

ANALÓGICAS

ANALÓGICAS

A/D

SALIDAS

SALIDAS

ANALÓGICAS

(21)

Tipos de sistemas de control (III)

Tipos de sistemas de control (III)

n

n

Clasificación de los sistemas de control según la tecnología

Clasificación de los sistemas de control según la tecnología

Microprocesador

Autómata Prog.

Computadora

Eléctrica

Neumática

Hidráulica

Electrónica

CLASIFICACIÓN

TECNOLÓGICA

(22)

Tipos de sistemas de control (IV)

Tipos de sistemas de control (IV)

Característica a Estudiar

Característica a Estudiar

Lógica Cableada

Lógica Cableada

Lógica

Lógica

Programada

Programada

Flexibilidad

Flexibilidad

Baja

Baja

Alta

Alta

Posibilidad de ampliación

Posibilidad de ampliación

Baja

Baja

Alta

Alta

Conexiones y cableado exterior

Conexiones y cableado exterior

Muchas

Muchas

Pocas

Pocas

Tiempo de desarrollo del sistema

Tiempo de desarrollo del sistema

Mucho

Mucho

Poco

Poco

Mantenimiento

Mantenimiento

Difícil

Difícil

Fácil

Fácil

Herramientas de simulación

Herramientas de simulación

No

No

Si

Si

Coste para pequeñas series

Coste para pequeñas series

Alto

Alto

Bajo

Bajo

Estructuración en bloques

(23)

-Introducción al Control industrial

Introducción al Control industrial

n

n

Introducción al Control Industrial

Introducción al Control Industrial

Introducción

Introducción

n

n

Definición

Definición

n

n

Antecedentes históricos

Antecedentes históricos

Topología de los sistemas de control

Topología de los sistemas de control

n

n

Tipos de topologías

Tipos de topologías

Tipos de sistemas de control

Tipos de sistemas de control

n

n

Lógica cableada

Lógica cableada

n

n

Lógica programada

Lógica programada

El autómata programable

El autómata programable

(24)

El Autómata programable

El Autómata programable

n

n

Autómata programable

Autómata programable

Juega el papel de UNIDAD DE CONTROL

Juega el papel de UNIDAD DE CONTROL

Incluye total o parcialmente las

Incluye total o parcialmente las

intefaces

intefaces

con las señales de la planta

con las señales de la planta

(niveles de tensión e intensidad industriales, transductores y

(niveles de tensión e intensidad industriales, transductores y

periféricos electrónicos)

periféricos electrónicos)

Programable por el usuario

Programable por el usuario

Entradas: señales de consigna y de realimentación

Entradas: señales de consigna y de realimentación

Salidas: señales de control

Salidas: señales de control

Hardware estándar y modular (módulos

Hardware estándar y modular (módulos

interconectables

interconectables

, configurar

, configurar

sistema a la medida de las necesidades)

(25)

Introducción al Control industrial

Introducción al Control industrial

n

n

Introducción al Control Industrial

Introducción al Control Industrial

Introducción

Introducción

n

n

Definición

Definición

n

n

Antecedentes históricos

Antecedentes históricos

Topología de los sistemas de control

Topología de los sistemas de control

n

n

Tipos de topologías

Tipos de topologías

Tipos de sistemas de control

Tipos de sistemas de control

n

n

Lógica cableada

Lógica cableada

n

n

Lógica programada

Lógica programada

El autómata programable

El autómata programable

(26)

Control por Ordenador (I)

Control por Ordenador (I)

n

n

Procesos complejos

Procesos complejos

sistemas de control con:

sistemas de control con:

n

n

gran capacidad de cálculo

gran capacidad de cálculo

n

n

conexión a estaciones gráficas

conexión a estaciones gráficas

n

n

múltiples canales de comunicación

múltiples canales de comunicación

n

n

facilidad de adaptación

facilidad de adaptación

n

n

capacidad multiproceso

capacidad multiproceso

n

n

etc.

etc.

n

n

Para ellos se han utilizado

Para ellos se han utilizado

miniordenadores

miniordenadores

, con interfaces

, con interfaces

específicas para la planta a controlar.

específicas para la planta a controlar.

INCONVEIENTE: caro y poco estándar

INCONVEIENTE: caro y poco estándar

n

(27)

Control por Ordenador (II)

Control por Ordenador (II)

n

n

Actualmente

Actualmente

red de autómatas controlados por

red de autómatas controlados por

por uno o varios ordenadores, con

por uno o varios ordenadores, con

lo que se consigue combinar las ventajas de ambos, facilidad de

lo que se consigue combinar las ventajas de ambos, facilidad de

interfaces estándar (autómata) y la potencia de cálculo (ordenad

interfaces estándar (autómata) y la potencia de cálculo (ordenad

or).

or).

El sistema resultante tiene las siguientes características :

El sistema resultante tiene las siguientes características :

Sistema programable con una capacidad de cálculo elevada

Sistema programable con una capacidad de cálculo elevada

Interfaces hombre

Interfaces hombre

-

-

máquina estándar, proporcionados por el ordenador

máquina estándar, proporcionados por el ordenador

Software estándar para el manejo de datos y gestión de la produc

Software estándar para el manejo de datos y gestión de la produc

ción

ción

Posibilidad de control descentralizado

Posibilidad de control descentralizado

Sistemas de comunicación estándar : LAN o WAN

Sistemas de comunicación estándar : LAN o WAN

Mantenimiento fácil

Mantenimiento fácil

Interface

Interface

con la planta sencillo debido a los autómatas

con la planta sencillo debido a los autómatas

Visualización del proceso en tiempo real

Visualización del proceso en tiempo real

Multitud de herramientas para simulación y mantenimiento

Multitud de herramientas para simulación y mantenimiento

(28)

Despertar!!!

(29)

MEMORIA MEMORIA DE DE PROGRAMA PROGRAMA FUENTE FUENTE DE DE ALIMENTACIÓN ALIMENTACIÓN BATERÍA BATERÍA MEMORIA MEMORIA IMAGEN E/S MEMORIA DE DATOSDATOS TEMPORIZADORES TEMPORIZADORES CONTADORES CONTADORES INTERFACES INTERFACES DE DE ENTRADA ENTRADA INTERFACES INTERFACES DE DE ENTRADA ENTRADA UNIDAD UNIDAD CENTRAL CENTRAL CPU CPU BUS INTERNO BUS INTERNO

(30)

Arquitectura de los autómatas programables

Arquitectura de los autómatas programables

n

n

Arquitectura de los autómatas programables

Arquitectura de los autómatas programables

Introducción a los autómatas programables

Introducción a los autómatas programables

n

n

Estructura externa del autómata

Estructura externa del autómata

n

n

Bloques que forman un autómata programable

Bloques que forman un autómata programable

Arquitectura interna de un autómata programable

Arquitectura interna de un autómata programable

n

n

Unidad central de proceso

Unidad central de proceso

n

n

Memoria

Memoria

Memorias internas

Memorias internas

Memoria de programa

Memoria de programa

n

n

Interfaces de entrada salida

Interfaces de entrada salida

n

(31)

Arquitectura de los autómatas programables

Arquitectura de los autómatas programables

n

n

Arquitectura de los autómatas programables

Arquitectura de los autómatas programables

Introducción a los autómatas programables

Introducción a los autómatas programables

n

n

Estructura externa del autómata

Estructura externa del autómata

n

n

Bloques que forman un autómata programable

Bloques que forman un autómata programable

Arquitectura interna de un autómata programable

Arquitectura interna de un autómata programable

n

n

Unidad central de proceso

Unidad central de proceso

n

n

Memoria

Memoria

Memorias internas

Memorias internas

Memoria de programa

Memoria de programa

n

n

Interfaces de entrada salida

Interfaces de entrada salida

n

(32)

Introducción a los autómatas programables

Introducción a los autómatas programables

n

n

Un autómata programable es:

Un autómata programable es:

un equipo electrónico, basado en un microprocesador o

un equipo electrónico, basado en un microprocesador o

microcontrolador

microcontrolador

, que tiene generalmente una configuración

, que tiene generalmente una configuración

modular, puede programarse en lenguaje no informático y está

modular, puede programarse en lenguaje no informático y está

diseñado para controlar procesos en tiempo real y en ambiente

diseñado para controlar procesos en tiempo real y en ambiente

agresivo (ambiente industrial)”

agresivo (ambiente industrial)”

n

n

Una característica

Una característica

diferenciadora

diferenciadora

del autómata programable frente

del autómata programable frente

a otros sistemas de control programables está en la

a otros sistemas de control programables está en la

estandarización de su hardware, que permite la configuración de

estandarización de su hardware, que permite la configuración de

sistemas de control a medida

(33)

Introducción a los autómatas programables

Introducción a los autómatas programables

Esquema de un proceso controlado por un PLC

Esquema de un proceso controlado por un PLC

PROCESO

PROCESO

SENSORES ACTUADORES AUTOMATA ENTRADAS SALIDAS Información Información suministrada por el suministrada por el proceso proceso

Acciones que se que

Acciones que se que

se realizan sobre el

se realizan sobre el

proceso

(34)

Introducción a los autómatas programables

Introducción a los autómatas programables

n

n

Arquitectura de los autómatas programables

Arquitectura de los autómatas programables

Introducción a los autómatas programables

Introducción a los autómatas programables

n

n

Estructura externa del autómata

Estructura externa del autómata

n

n

Bloques que forman un autómata programable

Bloques que forman un autómata programable

Arquitectura interna de un autómata programable

Arquitectura interna de un autómata programable

n

n

Unidad central de proceso

Unidad central de proceso

n

n

Memoria

Memoria

Memorias internas

Memorias internas

Memoria de programa

Memoria de programa

n

n

Interfaces de entrada salida

Interfaces de entrada salida

n

(35)

Introducción a los autómatas programables

Introducción a los autómatas programables

Estructura externa

Estructura externa

n

n

Aspecto físico exterior del mismo, los bloques en los que esta

Aspecto físico exterior del mismo, los bloques en los que esta

dividido,

dividido,

etc

etc

.

.

n

n

Clasificación

Clasificación

Estructura compacta

Estructura compacta

n

n

en un solo bloque todos sus elementos : fuente de alimentación,

en un solo bloque todos sus elementos : fuente de alimentación,

CPU,

CPU,

memorias, entrada/salida,

memorias, entrada/salida,

etc

etc

.

.

n

n

aplicaciones en el que el número de entradas/salidas es pequeño,

aplicaciones en el que el número de entradas/salidas es pequeño,

poco

poco

variable y conocido a priori

variable y conocido a priori

n

n

carcasa de carácter estanco, que permite su empleo en ambientes

carcasa de carácter estanco, que permite su empleo en ambientes

industriales especialmente hostiles

industriales especialmente hostiles

Estructura modular

Estructura modular

n

n

Permite adaptarse a las necesidades del diseño, y a las posterio

Permite adaptarse a las necesidades del diseño, y a las posterio

res

res

actualizaciones. Configuración del sistema variable

actualizaciones. Configuración del sistema variable

n

n

Funcionamiento parcial del sistema frente a averías localizadas,

Funcionamiento parcial del sistema frente a averías localizadas,

y una

y una

rápida reparación con la simple sustitución de los módulos averi

(36)

Introducción a los autómatas programables

Introducción a los autómatas programables

Estructura externa

Estructura externa

n

n

Estructura modular. Del autómata S7

Estructura modular. Del autómata S7

-

-

224.

224.

CPU

CPU

MODULO

MODULO

EXPANSIÓN

EXPANSIÓN

(37)

Arquitectura de los autómatas programables

Arquitectura de los autómatas programables

n

n

Arquitectura de los autómatas programables

Arquitectura de los autómatas programables

Introducción a los autómatas programables

Introducción a los autómatas programables

n

n

Estructura externa del autómata

Estructura externa del autómata

n

n

Bloques que forman un autómata programable

Bloques que forman un autómata programable

Arquitectura interna de un autómata programable

Arquitectura interna de un autómata programable

n

n

Unidad central de proceso

Unidad central de proceso

n

n

Memoria

Memoria

Memorias internas

Memorias internas

Memoria de programa

Memoria de programa

n

n

Interfaces de entrada salida

Interfaces de entrada salida

n

(38)

Introducción a los autómatas programables

Introducción a los autómatas programables

Bloques que forman un autómata programable

Bloques que forman un autómata programable

n

n

Bloques principales

Bloques principales

Bloque de entradas

Bloque de entradas

n

n

Adapta y codifica de forma comprensible para la CPU las señales

Adapta y codifica de forma comprensible para la CPU las señales

procedentes de los dispositivos de entrada o captadores, como po

procedentes de los dispositivos de entrada o captadores, como po

r

r

ejemplo, pulsadores, finales de carrera, sensores,

ejemplo, pulsadores, finales de carrera, sensores,

etc

etc

.

.

n

n

Misión: proteger los circuitos internos del Autómata, proporcion

Misión: proteger los circuitos internos del Autómata, proporcion

ando una

ando una

separación eléctrica entre estos y los captadores.

separación eléctrica entre estos y los captadores.

Bloque de salidas

Bloque de salidas

n

n

Decodifica las señales procedentes de la CPU, las amplifica y la

Decodifica las señales procedentes de la CPU, las amplifica y la

s envía a

s envía a

los dispositivos de salida o actuadores, como lámparas, relés,

los dispositivos de salida o actuadores, como lámparas, relés,

contactores

contactores

, arrancadores,

, arrancadores,

electroválvulas

electroválvulas

,

,

etc

etc

.

.

(39)

Introducción a los autómatas programables

Introducción a los autómatas programables

Bloques que forman un autómata programable

Bloques que forman un autómata programable

n

n

Bloques principales

Bloques principales

CPU

Bloque

Entradas

Bloque

Salidas

Dispositivos

de salida o

actuadores

Dispositivos

de entrada o

captadores

(40)

Introducción a los autómatas programables

Introducción a los autómatas programables

Bloques que forman un autómata programable

Bloques que forman un autómata programable

n

n

Bloques necesarios para el funcionamiento del autómata

Bloques necesarios para el funcionamiento del autómata

Fuente de alimentación

Fuente de alimentación

n

n

A partir de una tensión exterior proporciona las tensiones neces

A partir de una tensión exterior proporciona las tensiones neces

arias

arias

para el funcionamiento de los distintos circuitos electrónicos d

para el funcionamiento de los distintos circuitos electrónicos d

el

el

autómata.

autómata.

n

n

Batería, condensador de alta potencia: para mantener el programa

Batería, condensador de alta potencia: para mantener el programa

y

y

algunos datos en la memoria si hubiera un corte de la tensión ex

algunos datos en la memoria si hubiera un corte de la tensión ex

terior.

terior.

Consola de programación

Consola de programación

n

n

PC o consolas de programación

PC o consolas de programación

Periféricos

Periféricos

n

n

Son aquellos elementos auxiliares, físicamente independientes de

Son aquellos elementos auxiliares, físicamente independientes de

l

l

autómata, que se unen al mismo para realizar una función específ

(41)

Introducción a los autómatas programables

Introducción a los autómatas programables

Bloques que forman un autómata programable

Bloques que forman un autómata programable

Interfaces

Interfaces

n

n

circuitos o dispositivos electrónicos que permiten la conexión a

circuitos o dispositivos electrónicos que permiten la conexión a

la CPU de

la CPU de

los elementos periféricos descritos.

los elementos periféricos descritos.

CPU

Bloque

Entradas

Bloque

Salidas

Dispositivos

de salida o

actuadores

Dispositivos

de entrada o

captadores

Interfaces

F. Alimentación

Dispositivos

periféricos

Consola de

programación

(42)

Arquitectura de los autómatas programables

Arquitectura de los autómatas programables

n

n

Arquitectura de los autómatas programables

Arquitectura de los autómatas programables

Introducción a los autómatas programables

Introducción a los autómatas programables

n

n

Estructura externa del autómata

Estructura externa del autómata

n

n

Bloques que forman un autómata programable

Bloques que forman un autómata programable

Arquitectura interna de un autómata programable

Arquitectura interna de un autómata programable

n

n

Unidad central de proceso

Unidad central de proceso

n

n

Memoria

Memoria

Memorias internas

Memorias internas

Memoria de programa

Memoria de programa

n

n

Interfaces de entrada salida

Interfaces de entrada salida

n

(43)

Arquitectura interna de un autómata programable

Arquitectura interna de un autómata programable

n

n

Esquema de la arquitectura interna de un PLC

Esquema de la arquitectura interna de un PLC

MEMORIA

DE

PROGRAMA

FUENTE

DE

ALIMENTACIÓN

BATERÍA

MEMORIA

IMAGEN E/S

MEMORIA

DE DATOS

TEMPORIZADORES

CONTADORES

INTERFACES

DE

ENTRADA

INTERFACES

DE

SALIDA

UNIDAD

CENTRAL

CPU

BUS INTERNO

(44)

Arquitectura de los autómatas programables

Arquitectura de los autómatas programables

n

n

Arquitectura de los autómatas programables

Arquitectura de los autómatas programables

Introducción a los autómatas programables

Introducción a los autómatas programables

n

n

Estructura externa del autómata

Estructura externa del autómata

n

n

Bloques que forman un autómata programable

Bloques que forman un autómata programable

Arquitectura interna de un autómata programable

Arquitectura interna de un autómata programable

n

n

Unidad central de proceso

Unidad central de proceso

n

n

Memoria

Memoria

Memorias internas

Memorias internas

Memoria de programa

Memoria de programa

n

n

Interfaces de entrada salida

Interfaces de entrada salida

n

(45)

Arquitectura interna de un autómata programable

Arquitectura interna de un autómata programable

Unidad central de proceso (CPU)

Unidad central de proceso (CPU)

n

n

La CPU (

La CPU (

Crontrol Processing Unit

Crontrol Processing Unit

) es la encargada de ejecutar el

) es la encargada de ejecutar el

programa de usuario y activar el sistema de entradas y salidas

programa de usuario y activar el sistema de entradas y salidas

Tiene la misión, en algunos tipos de autómatas, de controlar la

Tiene la misión, en algunos tipos de autómatas, de controlar la

comunicación con otros periféricos externos, como son la unidad

comunicación con otros periféricos externos, como son la unidad

de

de

programación,

programación,

LCDs

LCDs

, monitores, teclados, otros autómatas u otros

, monitores, teclados, otros autómatas u otros

ordenadores,

ordenadores,

etc

etc

.

.

n

n

La CPU esta formada por el microprocesador (

La CPU esta formada por el microprocesador (

µP), la memoria y

µ

P), la memoria y

circuitos lógicos complementarios

circuitos lógicos complementarios

El microprocesador se sustituye por dispositivos lógicos progra

El microprocesador se sustituye por dispositivos lógicos progra

mables (DLP),

mables (DLP),

o redes de puertas lógicas (

o redes de puertas lógicas (

gate array

gate array

), también llamados circuitos

), también llamados circuitos

integrados de aplicación específica ASIC.

integrados de aplicación específica ASIC.

n

n

La CPU ejecuta el programa de usuario, que reside en la memoria,

La CPU ejecuta el programa de usuario, que reside en la memoria,

adquiriendo las instrucciones una a una.

adquiriendo las instrucciones una a una.

n

n

El funcionamiento es de tipo

El funcionamiento es de tipo

interpretado

interpretado

, con decodificación de

, con decodificación de

las instrucciones cada vez que son ejecutadas

(46)

Arquitectura interna de un autómata programable

Arquitectura interna de un autómata programable

Unidad central de proceso (CPU)

Unidad central de proceso (CPU)

n

n

Lenguaje compilado

Lenguaje compilado

vs

vs

interpretado

interpretado

Compilado

Compilado

n

n

programa fuente

programa fuente

compilaci

compilaci

ó

ó

n

n

programa objeto

programa objeto

enlazado

enlazado

ó

ó

linkado

linkado

programa ejecutable

programa ejecutable

Interpretado

Interpretado

n

n

analiza y ejecuta un programa sentencia a sentencia

analiza y ejecuta un programa sentencia a sentencia

n

n

Bloques fundamentales de una CPU

Bloques fundamentales de una CPU

ALU (

ALU (

Arithmetic Logic Unit

Arithmetic Logic Unit

)

)

Acumulador

Acumulador

Flags

Flags

(47)

Arquitectura interna de un autómata programable

Arquitectura interna de un autómata programable

Unidad central de proceso (CPU)

Unidad central de proceso (CPU)

n

n

Esquema de los bloques fundamentales que componen una CPU

Esquema de los bloques fundamentales que componen una CPU

CONTADOR

DE

PROGRAMA

RELOJ

DECODIFICADOR

PROGRAMA

MONITOR

SISTEMA

ALU

ACUMULADOR

FLAGS

REGISTROS

DE LA PILA

BUS DE DIRECCIONES

BUS DE DIRECCIONES

BUS DE DATOS

BUS DE DATOS

BUS DE CONTROL

BUS DE CONTROL

(48)

Arquitectura interna de un autómata programable

Arquitectura interna de un autómata programable

Unidad central de proceso (CPU)

Unidad central de proceso (CPU)

n

n

ALU

ALU

unidad aritmético lógica, es la parte de la CPU donde se

unidad aritmético lógica, es la parte de la CPU donde se

realizan los

realizan los

cálculos y las decisiones lógicas (combinaciones Y, O, sumas,

cálculos y las decisiones lógicas (combinaciones Y, O, sumas,

comparaciones,

comparaciones,

etc

etc

.).

.).

n

n

ACUMULADOR

ACUMULADOR

almacena el resultado de la última operación realizada por la AL

almacena el resultado de la última operación realizada por la AL

U.

U.

n

n

FLAGS

FLAGS

indicadores de resultado de operación (mayor que, positivo,

indicadores de resultado de operación (mayor que, positivo,

negativo, resultado cero,

negativo, resultado cero,

etc

etc

.). El estado de estos

.). El estado de estos

flags

flags

puede ser

puede ser

consultado por el programa.

consultado por el programa.

n

(49)

Arquitectura interna de un autómata programable

Arquitectura interna de un autómata programable

Unidad central de proceso (CPU)

Unidad central de proceso (CPU)

n

n

DECODIFICADOR DE INSTRUCCIONES Y SECUENCIADOR

DECODIFICADOR DE INSTRUCCIONES Y SECUENCIADOR

cableado y/o programado, donde se codifican las instrucciones le

cableado y/o programado, donde se codifican las instrucciones le

ídas

ídas

en la memoria y se generan las señales de control pertinentes.

en la memoria y se generan las señales de control pertinentes.

n

n

PROGRAMA ROM

PROGRAMA ROM

El fabricante suele grabar una serie de programas ejecutables fi

El fabricante suele grabar una serie de programas ejecutables fi

jos,

jos,

firmware

firmware

o software del sistema y es a estos programas a los que

o software del sistema y es a estos programas a los que

accederá el microprocesador para realizar las funciones ejecutiv

accederá el microprocesador para realizar las funciones ejecutiv

as.

as.

El software de sistema de cualquier Autómata consta de una serie

El software de sistema de cualquier Autómata consta de una serie

de

de

funciones básicas que realiza en determinados tiempos de cada ci

funciones básicas que realiza en determinados tiempos de cada ci

clo:

clo:

n

n

en el inicio o conexión

en el inicio o conexión

n

n

durante el ciclo o ejecución del programa

durante el ciclo o ejecución del programa

n

(50)

Arquitectura interna de un autómata programable

Arquitectura interna de un autómata programable

Unidad central de proceso (CPU)

Unidad central de proceso (CPU)

n

n

PROGRAMA ROM

PROGRAMA ROM

Este software o programa del sistema es ligeramente variable par

Este software o programa del sistema es ligeramente variable par

a

a

cada autómata, pero, en general, contiene las siguientes funcion

cada autómata, pero, en general, contiene las siguientes funcion

es :

es :

n

n

Supervisión y control de tiempo de ciclo (

Supervisión y control de tiempo de ciclo (

watchdog

watchdog

), table de datos,

), table de datos,

alimentación, batería,

alimentación, batería,

etc

etc

.

.

n

n

Autotest

Autotest

en la conexión y durante la ejecución del programa.

en la conexión y durante la ejecución del programa.

n

n

Inicio del ciclo de exploración de programa y de la configuració

Inicio del ciclo de exploración de programa y de la configuració

n del

n del

conjunto.

conjunto.

n

n

Generación del ciclo base de tiempo.

Generación del ciclo base de tiempo.

n

n

Comunicación con periféricos y unidad de programación.

Comunicación con periféricos y unidad de programación.

n

n

Etc

Etc

.

.

(51)

Arquitectura de los autómatas programables

Arquitectura de los autómatas programables

n

n

Arquitectura de los autómatas programables

Arquitectura de los autómatas programables

Introducción a los autómatas programables

Introducción a los autómatas programables

n

n

Estructura externa del autómata

Estructura externa del autómata

n

n

Bloques que forman un autómata programable

Bloques que forman un autómata programable

Arquitectura interna de un autómata programable

Arquitectura interna de un autómata programable

n

n

Unidad central de proceso

Unidad central de proceso

n

n

Memoria

Memoria

Memorias internas

Memorias internas

Memoria de programa

Memoria de programa

n

n

Interfaces de entrada salida

Interfaces de entrada salida

n

(52)

Arquitectura interna de un autómata programable

Arquitectura interna de un autómata programable

Memoria

Memoria

n

n

Definición

Definición

“cualquier tipo de dispositivo que permita almacenar información

“cualquier tipo de dispositivo que permita almacenar información

en

en

forma de bits (unos y ceros), los cuales pueden ser leídos posic

forma de bits (unos y ceros), los cuales pueden ser leídos posic

ión a

ión a

posición (bit a bit), o por bloques de 8 (byte) o dieciséis posi

posición (bit a bit), o por bloques de 8 (byte) o dieciséis posi

ciones

ciones

(

(

word

word

)”

)”

n

n

Clasificación

Clasificación

RAM (

RAM (

Random

Random

Access

Access

Memory

Memory

)

)

, memoria de acceso aleatorio o

, memoria de acceso aleatorio o

memoria de lectura

memoria de lectura

-

-

escritura. Pueden realizar los procesos de lectura

escritura. Pueden realizar los procesos de lectura

y escritura por procedimientos eléctricos. Su información desapa

y escritura por procedimientos eléctricos. Su información desapa

rece

rece

al faltarle la alimentación.

al faltarle la alimentación.

(53)

Arquitectura interna de un autómata programable

Arquitectura interna de un autómata programable

Memoria

Memoria

n

n

Clasificación (lectura/escritura)

Clasificación (lectura/escritura)

Memorias de lectura/escritura,

Memorias de lectura/escritura,

RAM

RAM

Memorias de sólo lectura, no

Memorias de sólo lectura, no

reprogramables

reprogramables

,

,

ROM

ROM

Memorias de sólo lectura,

Memorias de sólo lectura,

reprogramables

reprogramables

, con borrado por

, con borrado por

ultravioletas,

ultravioletas,

EPROM

EPROM

Memorias de sólo lectura,

Memorias de sólo lectura,

reprogramables

reprogramables

, alterables por medios

, alterables por medios

eléctricos,

eléctricos,

EEPROM

EEPROM

. Tienen un número máximo de ciclos de

. Tienen un número máximo de ciclos de

borrado/grabado.

(54)

Arquitectura interna de un autómata programable

Arquitectura interna de un autómata programable

Memoria

Memoria

MEMORIA

LECTURA/ESCRITURA

SÓLO LECTURA

APLICACIONES

VOLÁTIL

RAM

Datos internos

Memoria

Imagen E/S

ROM

Monitor

Intérprete

EPROM

Programa de usuario

(Lo Guarda una vez depurado)

RAM + BATERIA

RAM + EEPROM

Programa de usuario

(RAM + Batería)

Datos internos mantenidos

Parámetros

Más RAM + EEPROM

respalda a la RAM

NO

(55)

Arquitectura interna de un autómata programable

Arquitectura interna de un autómata programable

Memoria

Memoria

Programas

Programas

firmware

firmware

y de sistema.

y de sistema.

(ROM o EPROM)

(ROM o EPROM)

Memorias temporales

Memorias temporales

(RAM o EPROM)

(RAM o EPROM)

Memoria imagen o tabla de estados de E/S

Memoria imagen o tabla de estados de E/S

(RAM)

(RAM)

Memoria de datos numéricos y variables

Memoria de datos numéricos y variables

internas

internas

(RAM)

(RAM)

Memoria del programa de usuario

Memoria del programa de usuario

(RAM)

(RAM)

Programa o memoria del sistema

Programa o memoria del sistema

firmware

firmware

Memoria de la tabla de datos

Memoria de la tabla de datos

MEMORIA INTERNA

MEMORIA INTERNA

Memoria del programa de usuario

Memoria del programa de usuario

MEMORIA DE PROGRAMA

MEMORIA DE PROGRAMA

Memoria de usuario

(56)

Arquitectura de los autómatas programables

Arquitectura de los autómatas programables

n

n

Arquitectura de los autómatas programables

Arquitectura de los autómatas programables

Introducción a los autómatas programables

Introducción a los autómatas programables

n

n

Estructura externa del autómata

Estructura externa del autómata

n

n

Bloques que forman un autómata programable

Bloques que forman un autómata programable

Arquitectura interna de un autómata programable

Arquitectura interna de un autómata programable

n

n

Unidad central de proceso

Unidad central de proceso

n

n

Memoria

Memoria

Memorias internas

Memorias internas

Memoria de programa

Memoria de programa

n

n

Interfaces de entrada salida

Interfaces de entrada salida

n

(57)

Arquitectura interna de un autómata programable

Arquitectura interna de un autómata programable

Memorias internas

Memorias internas

n

n

Se almacena el estado de las

Se almacena el estado de las

varibles

varibles

que maneja el autómata :

que maneja el autómata :

entradas, salidas, contadores, relés internos, señales de estado

entradas, salidas, contadores, relés internos, señales de estado

,

,

etc

etc

.

.

n

n

Clasificación por el tipo de variables que almacena y el número

Clasificación por el tipo de variables que almacena y el número

de

de

bits que ocupa la variable:

bits que ocupa la variable:

Posiciones de 1 bit (bits internos).

Posiciones de 1 bit (bits internos).

n

n

Memoria imagen entradas/salidas

Memoria imagen entradas/salidas

n

n

Relés internos

Relés internos

n

n

Relés especiales/auxiliares

Relés especiales/auxiliares

Posiciones de 8,16 o más bits (registros internos).

Posiciones de 8,16 o más bits (registros internos).

n

n

Temporizaciones

Temporizaciones

n

n

Contadores

Contadores

n

(58)

Arquitectura interna de un autómata programable

Arquitectura interna de un autómata programable

Memorias internas

Memorias internas

n

n

Las variables contenidas en la memoria interna pueden ser

Las variables contenidas en la memoria interna pueden ser

consultadas y modificadas continuamente por el programa,

consultadas y modificadas continuamente por el programa,

cualquier número de veces.

cualquier número de veces.

RAM

RAM

n

n

Memoria Imagen

Memoria Imagen

almacena las últimas señales leídas en la entrada y enviadas a l

almacena las últimas señales leídas en la entrada y enviadas a l

a

a

salida, actualizandose tras cada ejecución completa del programa

Referencias

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