Arquitectura de los Autómatas Programables Automatización Industrial Índice TEMA – Arquitectura de los Autómatas Programables 1. - Unidades Funcionales 2. - Funcionamiento de un Autómata Programable 3. - Componentes Hardware de un PLC 3.1 – Memoria 3.2 – ALU 3.3 – CPU 3.4 – Bus Periférico 4. - Ciclo de Datos 5. - Procesamiento Cíclico de Programa 5. – Familia Simatic S7 (Simatic S7-300) 6. – Direccionamiento 7. – Entradas y Salidas Digitales (Diagrama de Bloques) Unidades Funcionales de un PLC I CPU Otros Módulos Periferia Unidades Funcionales de un PLC II Memoria Unidad de Control Bus Periférico Canal Serie Periferia ALU Módulo de Memoria ALU Memoria de Programa Unidad de Control Memoria ROM PIQ PII Contadores Temporizadores Marcas Memoria RAM Unidades Funcionales de un PLC III Sistema Operativo Módulo de Memoria Periferia Bus Periférico Canal Serie Memoria ROM PIQ PII Contadores Memoria de Programa Unidad de Control Sistema Operativo Módulo de Memoria Canal Serie Tarjetas de Entrada Tarjetas Funcionales Bus Periférico ALU Temporizadores Marcas Memoria RAM Unidades Funcionales de un PLC IV Tarjetas de Salida S7-300 – Áreas de la Memoria • La memoria de las CPUs está dividida en tres áreas: Memoria de las CPUs CPU Memoria de carga dinámica: - RAM, integrada o en Memory Card - Partes del programa no indispensables para la ejecución Memoria de carga remanente: - EEPROM, en Memory Card o integrada en CPU - Partes del programa no indispensables para la ejecución Memoria de trabajo: - RAM - Partes del programa relevantes para la ejecución Memoria del sistema: - RAM - Imagen del proceso de entradas PII - Imagen del proceso de salidas PIQ - Marcas, Temporizadores y Contadores - Pila de datos locales - Pila de módulos - Pila de interrupción - Buffer de diagnosis Memorias de Carga y Trabajo • Memoria de trabajo partes de los bloques relevantes para la ejecución • Memoria de carga partes no relevantes (p.e. encabezamientos de módulos) S7-300 Unidad de programación Memoria de carga Memoria de trabajo Bloques lógicos Bloques de Datos Comentarios Símbolos Memorizados en el disco duro Bloques lógicos complejos Bloques de datos complejos Partes de bloques lógicos y de datos relevantes para la aplicación Memorias de Área y Trabajo Módulos de señal Unidad programación CPU Proyecto Memoria de carga Configuración hardware, offline Memoria de Sistema Imagen del Bloque de datos del sistema, (datos de configuración) Programa usuario, offline Bloque de código, bloque de datos, (programa usuario) I/O proceso entrada Señales de entrada Imagen del proceso salida Señales de salida Buffer diagnosis Buf. Comunicac. Tabla de símbolos Pila datos locales Memoria de trabajo Pila de bloques Partes relevantes de los bloques de código Pila interrupción Memoria de bits Partes relevantes de los bloques de datos Temporizadores Contadores Unidad Aritmético-Lógica Cargar las informaciones de la PII Procesar las informaciones en ACU 1 y ACU 2 Transferir las informaciones a la PIQ Estructura de los Acumuladores 31 24 Byte alto 23 16 15 Byte bajo Palabra alta 8 Byte alto 7 0 Byte bajo Palabra baja ACU (1 ó 2) Funcionamiento de un Autómata Programable Procesador Memoria de Programa Contador de Programa Registro de Instrucciones Decodificador A I 1.0 AN I 2.3 S M 10.5 O I 1.1 O I 1.7 R M 10.5 Consulta, Combinaciones (Operaciones Lógicas) Activar (Set), Borrar (Reset) Comparaciones, Cálculos Aritméticos Llamada, Fin de Módulo Etc .... Cómo trabaja un PLC – Procesamiento cíclico del programa Alimentación Arranque del programa Modo ARRANQUE Actualización de entradas y salidas Ejecución del programa Principal & Modo RUN Cómo trabaja un PLC – Operaciones lógicas • Operaciones lógicas usando señales binarias Módulo de entradas Estado Consultar estado de la dirección CPU Resultado de la consulta Resultado de la operación lógica Operación lógica de bit Memoria RLO Función Set/Reset Módulo de salidas Módulo de Memoria Externa Memoria ROM Sistema Operativo Panel de Mando Aparato de Programación Memoria RAM Interna CPU PLC con Sistema Multiprocesador Controlador De Bus Microprocesador Procesador ASIC - Proc. Instrucción Palabra - Proc. Temporizadores - Excitación Bus - Comunicación Bus Circuito Aplicación Específ. - Proc. Instruc. Bit/Palabra - Vigilancia Tiempo Ciclo Tarjetas de E/S Componentes Hardware • Rack • Fuente de alimentación (PS) • CPU • Elementos de bus • Periferia externa –Módulos digitales de entrada y salida –Módulos analógicos de entrada y salida –Módulos de contadores –Módulos de posicionamiento –Módulos de control –Procesadores de comunicaciones (CP) • Interfases (IM) Ciclo de Datos Ciclo de Datos Desplazar Datos Ejecución del Programa Desplazar Datos Eje de Tiempos Pasar a los módulos de salida los datos del registro de desplazamiento Cargar en el registro de desplazamiento los datos de los módulos de entrada Procesamiento Cíclico del Programa I OB1 1ª instrucción 2ª instrucción ... . última instrucción Procesamiento Cíclico del Programa II CPU Memoria de Programa Marcas PII Temporizadores Unidad de Control PIQ Tarjetas de Entrada Bus Periférico Contadores Tarjetas de Salida Procesamiento Cíclico del Programa III CPU Memoria de Programa Marcas PII Temporizadores Unidad de Control PIQ Tarjetas de Entrada Bus Periférico Contadores Tarjetas de Salida Procesamiento Cíclico del Programa IV CPU Memoria de Programa Marcas PII Temporizadores Unidad de Control PIQ Tarjetas de Entrada Bus Periférico Contadores Tarjetas de Salida Procesamiento Cíclico del Programa V CPU Memoria de Programa Marcas PII Temporizadores Unidad de Control PIQ Tarjetas de Entrada Bus Periférico Contadores Tarjetas de Salida Familia del Sistema SIMATIC S7 • Sistemas compactos • Sistemas modulares SIEMENS SIMATIC SF I0.0 Q0.0 RUN I0.1 Q0.1 STOP I0.2 Q0.2 I0.3 Q0.3 I0.4 Q0.4 I0.5 Q0.5 M ic r o P LC 2 1 2 I0.6 X 2 I0.7 3 4 S7-200 S7-200 S7-300 S7-400 Visión General del Sistema SIMATIC S7 desde el micro PLC al inferior rango de control de E/A al superior rango de ejecución 1996 1995 S7- 400 S7- 300 S7- 200 Programación y Configuración de Software, SINEC Comunicación Programadoras, Programación y Configuración de Software, SINEC Comunicación Programadoras, COROS Operador Interfase, Módulos Inteligentes de I/O (FMs) COROS Operador Interfase, Módulos Inteligentes de I/O (FMs) Interfase Multi-Punto (MPI) S7-300 S7-300 CP CPU 1 FM CPU 2 MPI como K bus PG conectada vía MPI CP FM MPI como K bus AG acoplado vía MPI OP conectado vía MPI PG 720 Equipos para Manejo y Visualización S7-300 S7-400 OP45 OP35 OP25 OP15/C 2 OP5 /A2 OP3 Posibilidades de Gestión de Redes COROS LS-B S5/TI TISTAR Oper. Switch PG/PC SINEC H1 S7-400 S7-300 S7-200 PS CPUFM CP CPU FM CP Bus de comunicación CP Bus de comunicación S5/TI SINEC L2-FMS PG/PC S5/TI Campo de Dispositivos SINEC L2-DP PPI PG/PC TD/OP PG/PC TD/OP Dispositivos de Campo ET 200 S7-200 MPI PG/PC TD/OP S7-CPU SIMATIC S7-300 – Datos técnicos CPU 313 CPU 314 CPU 315 (CPU 315-DP) CPU 316-2DP CPU 318-2 Instrucciones /Datos Memoria de trabajo 4K/12 Kbyte 8K/24 Kbyte 16 (21) K / 48 (64) Kbyte 42 K / 128 Kbyte 84 K / 256 Kbyte 512 Kbyte Direcc. libre no no si si si ED / SD 256 1024 1024 1024 1024 EA / SA 64 256 256 256 256 Tiempo elaboración/ 1 K inst. binarias 0,6 ms 0,3 ms 0,3 ms 0,3 ms 0,1 ms Marcas 2048 2048 2048 2048 8192 Contadores 64 64 64 64 512 Temporizadores 128 128 128 128 ( Interfase (Interfase PROFIBUS-DP PROFIBUS-DP maestro/esclavo maestro/esclavo para 64 para 64 estaciones DP) estaciones DP) Elementos de la CPU 512 ( Interfase PROFIBUS-DP(M/S) 125 estaciones DP;MPI utiliz.como DP (12 MBaud)) Gama de Módulos S7-300 PS: Entrada: 120/230 V ~ Salida: 24 V = - 2A - 5A - 10 A IM: - IM360 - IM361 - IM365 SM: DI / DQ - 24 V = - 120/230 V ~ - Relés AI/AQ - Voltaje - Corriente - Resistencia - Elementos térmicos Montaje de Módulos S7-300 FM: - Contaje - Posicionamiento - Control de bucle cerrado PS IM SM FM CP CP: - Punto-apunto - SINEC L2 FMS/DP = Power Supply = Interface Module = Signal module = Function module = Communications processor Disposición Mecánica Reglas de Colocación en un Bastidor • A la derecha de la CPU pueden enchufarse como máximo 8 módulos (SM, FM, CP). Disposición en un bastidor • La cantidad de módulos (SM, FM, CP) enchufables está limitada por su consumo de corriente tomado del bus posterior de S7-300 Disposición Mecánica – Varios Bastidores Reglas de Colocación en Varios Bastidores • El módulo de interconexión ocupa siempre el puesto (slot) 3 y debe encontrarse siempre a la izquierda del primer módulo de señales. • En cada bastidor pueden enchufarse como máximo 8 módulos (SM, FM, CP). • La cantidad de módulos (SM, FM, CP) enchufados está limitada por la toma de corriente admisible del bus posterior S7-300. Direccionamiento de Módulos S7-300 Tipos de Direccionamiento Asignación de direcciones orientada al slot La asignación de direcciones por slot corresponde al direccionamiento por defecto, es decir, STEP 7 asigna a cada número de slot una dirección inicial de módulo prefijada. Asignación discrecional de direcciones En la asignación libre de direcciones es posible atribuir a cada módulo una dirección cualquiera dentro del área de direccionamiento posible para la CPU. Direccionamiento por Defecto – Orientado al Slot Direccionamiento Orientado al Slot En el direccionamiento orientado al slot (direccionamiento por defecto), cada número de slot lleva asignada una dirección inicial de módulo. Dependiendo del tipo de módulo, se trata de una dirección digital o analógica Direccionamiento por Defecto – Imágenes del Proceso Módulo Periférico Número del Puesto de Enchufe + Número del Canal Imágenes de Proceso en el AG Programa de Mando Dirección en la PII Dirección en una Instrucción Dirección en la PIQ Direccionamiento - Módulos Digitales/Analógicos Módulos Digitales Módulos Analógicos Puesto de 4 Enchufe PS Dirección de Byte Número de puesto de enchufe X.Y Dirección de Bit Número de canal AG 256 258 260 262 264 266 268 270 5 6 7 8 9 272 288 304 320 336 352 10 11 368 286 302 318 334 350 366 382 Canal 0 1 2 3 4 5 6 7 • Por cada puesto se reservan 8 canales (8 palabras, 16 bytes) • Se conmuta la zona de direcciones del puesto de enchufe • El margen de direcciones comienza byte 256 (puesto 0, canal 0) Direccionamiento de Módulos Direccionamiento – Acceso a la PII • Imagen del Proceso de Entradas (PII) Bit 7 6 5 4 3 2 1 0 Byte 2 A I 2.2 Byte 12 L IB 12 31 16 15 ACU1 0 Byte bajo L IW 62 Byte 62 Byte 63 16 15 31 ACU1 0 Palabra baja L ID 102 31 Byte 102 Byte 103 Byte 104 Byte 105 16 15 Palabra alta ACU1 0 Palabra baja Direccionamiento – Acceso a la PIQ • Imagen del Proceso de Entradas (PII) Bit 7 6 5 4 3 2 1 0 Byte 4 = Q 4.5 Byte 12 T QB 29 31 16 15 0 Byte bajo ACU1 Byte 62 Byte 63 T QW 85 16 15 31 ACU1 0 Palabra baja T QD 132 31 Byte 132 Byte 133 Byte 134 Byte 135 16 15 Palabra alta ACU1 0 Palabra baja Direccionamiento – Acceso Directo Acceso vía Imagen Proceso Acceso Directo PII A I x.x L IB x L IW x L PIB x L PIW x L PID x Programa de Mando = Q x.x T QB x T QW x T PQB x T PQW x T PDW x PIQ Acceso vía Imagen Proceso Acceso Directo Direccionamiento posible con Step 7 (I) Área de direc. Desig. Imagen de proceso I/Q Marcas Acceso al área entrada / salida bit entrada / salida byte entrada / salida palabra entrada / salida doble palabra Abrev. Máx. direcc. área I/Q IB / QB IW / QW ID / QD 0.0 a 65,535.7 0 a 65,535 0 a 65,534 0 a 65,532 bit de marca byte de marcas palabra de marcas doble palabra de marcas I/Q externa entrada/salida byte I/Q, periferia palabra I/Q, periferia doble palabra I/Q, periferia M MB MW MD 0.0 a 255.7 0 a 255 0 a 254 0 a 252 PIB / PQB PIW/PQW PID/PQD 0 a 65,535 0 a 65,534 0 a 65,532 Direccionamiento posible con Step 7 (II) Área de direc. Desig. Acceso al área Abrev. Máx. direcc. área Temporizador Temporizador (T) T 0 a 255 Contador Contador (C) C 0 a 255 Módulo de dato Módulo de dato (DB) DB 1 a 65,532 Módulo de dato Abierto con AUF DB Bit,byte,palabra,doble palabra DBX,DBB 0 a 65,532 DBW,DBD Abierto con AUF DI Bit,byte,palabra,doble palabra DIX,DIB DIW,DID 0 a 65,532 Entradas Digitales – Diagrama de bloques ENTRADAS: Suministran las señales de entrada al API REGLETAS DE ENTRADA: Para conexión del mundo exterior con el API ADAPTADOR DE SEÑALES DE ENTRADA: Transforma las señales de entrada en señales de baja tensión, utilizables por el API INDICADOR DE ESTADO: Presenta una información visual del estado de la entrada AISLAMIEMTO ELECTRICO: Aíslan eléctricamente las señales de entrada de las señales utilizadas por el procesador INTERFACES ELECTRONICAS: Proporcionan acceso a alta velocidad Salidas Digitales – Diagrama de bloques INTERFACES ELECTRONICAS: Proporcionan salidas de alta velocidad MEMORIAS DE SEÑAL: Retienen las informaciones proporcionadas por las interfaces AISLAMIEMTO ELECTRICO: Aisla eléctricamente las señales utilizadas por el procesador de las señales de salida INDICADOR DE ESTADO: Presenta una información visual del estado de la salida CONVERTIDOR DE POTENCIA: Transforma las señales del procesador en señales de mayor potencia, para utilizarlas en el exterior REGLETAS DE SALIDA: Para conexión del API con el mundo exterior ACCIONADORES: Son los elementos gobernados por el API