CIRCUITOS LÓGICOS PROGRAMABLES Curso 2017/2018 (SALY) El PLL consta de tres bloques fundamentales, - Oscilador controlado en Tensión (VCO) - Detector de Fase (PD) - Filtro en bucle (LF) Cuando existe dicha sincronización (se dirá que el PLL está “Locked”), el error entre ambas señales es nulo o permanece constante. Si éste aumentase, el control actuaría sobre el oscilador de tal forma que ese error sea reducido. En todo momento el control estará provocando la sintonización en fase (“Locked”) de la señal de salida y la de referencia, es por esto por lo que recibe el nombre de PLL, Phase-Locked Loop Un PLL es un circuito que provoca que un determinado sistema siga a otro, es decir, es un circuito capaz de sincronizar la señal de salida con una señal de referencia a la entrada, tanto en frecuencia como en fase. PDL El PLD, o Dispositivo Lógico Programable, es un dispositivo con características que pueden ser configuradas por el usuario por medio de un programa y se le pueden implementar funciones lógicas que el usuario necesite en un sistema. PDL La mayoría de los PLDs integran una matriz de compuerta AND y una matriz de compuerta OR (fijas o programables), una matriz de conexiones, y algunas ocasiones, también registros. PDL La flexibilidad y programabilidad de los PLDs hacen que su diseño con ellos sea mucho más rápido que diseñar con lógica discreta. Toman menos espacio sobre el circuito impreso discretos. que con los dispositivos PDL Hay que tomar en consideración la potencia que se requiere, ya que varia la potencia necesaria de un PLD a otro y otro factor importante es su estabilidad. PDL Las entradas del PLD entran al arreglo lógico los cuales son hechos de columnas y filas (en la figura se muestra tal arreglo) Cada par de columnas representa la entrada negada o complementada y la misma entrada sin negar, cada fila constituye un término AND. PDL Las conexiones lógicas se establecen entre diferentes columnas y filas en la matriz para determinar cual combinación de entradas llevaran al termino AND a un nivel alto. Más de un término AND alimenta una compuerta OR. La salida es la suma de productos. PDL PDL Estructuras AND-OR Materialización de funciones como suma de productos (minitérminos). Permiten configurar un número limitado de minitérminos que se suman en una OR lógica. PDL Estructuras AND-OR Se suelen conocer con el acrónimo PAL (Programmable Array Logic). MULTIPLEXORES: otra forma de materializar funciones lógicas. No suele emplearse en PLD sencillos. Arquitectura: MEMORIAS: Almacenamiento en una memoria RAM de la tabla de verdad de una función combinacional. No suele emplearse en PLD sencillos. Se les denomina look-up tables (LUT) MEMORIAS: Ejemplo de una memoria 4 x 1 bit VELOCIDAD: Mayor que series estándar y menor que ASICs. Tiempos de LUT + FF inferiores a 1ns. DENSIDAD DE INTEGRACIÓN: Menor que ASICs: Hasta 10 Mpuertas + Memoria + HW específico (multiplicadores, procesadores, etc.). COSTE DE DESARROLLO: ASICs. Mucho menor que PROTOTIPADO Y VERIFICACIÓN: Más sencillos que en ASICs. Configuración (RAM o Flash) in-system. MODIFICACIÓN DE DISEÑOS: Sencilla. COSTE: Depende del volumen. Parámetro €/puerta cada vez menor. VENTAJAS DE LOS PLDS Menos dispositivos en el diseño Menor coste Menos espacio de tarjeta Menor consumo Flexibilidad para modificar el diseño Automatización del diseño Clasificación de dispositivos lógicos programables: SPLDs (Simple PLDs): basados en campos AND-OR CPLDs (Complex PLDs): basados en campos AND-OR FPGAs: basados en bloques lógicos formados por multiplexores o tablas (LUTs) ROM MASK READ-ONLY MEMORY (Memoria de Máscara Programable de Solo Lectura). En un circuito combinacional que genera 2n minitérminos de n variables en su plano AND. A pesar de tener solo 2 niveles cuando tiene muchas entradas y salidas tienden a ser lentas las comparaciones con los circuitos lógicos. PROM: Programmable Read-Only Memory (Memoria Programable de Solo Lectura), Dispositivo el cual es programado por el usuario y no borrable o reprogramable. EPROM: Erasable Programmable Read-Only Memory (Memoria Programable y Borrable de Solo Lectura); este tipo de Memorias se borran Mediante Luz ultravioleta; con la ventaja de que puede ser programada por el usuario. EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory (Memoria Programable y Borrable Eléctricamente de Solo Lectura); al igual que EPROM puede ser programada por el usuario PAL Programmable Array Logic (Lógica en un Arreglo Programable), la arquitectura de éste PLD está compuesta por AND programable y el OR fijo. Este dispositivo es el intermedio entre una PROM y un PLA. PLA Programmable Logic Array ( Arreglo Lógico Programable ) tiene tanto la matriz AND como la matriz OR programables. De forma que solo se seleccionan los productos de términos necesarios para las diferentes aplicaciones. PLC AUTÓMATA PROGRAMABLE PROGRAMMABLE LOGIC CONTROL P LC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) Descripción de un PLC son pequeños dispositivos que tienen infinidad de usos en la industria, que van prácticamente para el control de una línea de producción. P LC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) es un dispositivo de estado sólido. diseñado para controlar procesos secuenciales (una etapa después de la otra) que se ejecutan en un ambiente industrial. P LC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) es un sistema, porque contiene todo lo necesario para operar, y es industrial, por tener todos los registros necesarios para operar en los ambientes hostiles que se encuentran en la industria. P LC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) P LC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) FUNCIONES DEL PLC Recoger datos de las fuentes de entrada a través de las fuentes digitales y analógicas. Tomar decisiones en base reprogramados. Almacenar datos en la memoria. a criterios P LC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) FUNCIONES DEL PLC Generar ciclos de tiempo. Realizar cálculos matemáticos. Actuar sobre los dispositivos externos mediante las salidas analógicas y digitales. Comunicarse con otros sistemas externos. P LC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) Los PLCs pueden ser programados para controlar cualquier tipo de máquina. Son automáticos, es decir son aparatos que comparan las señales emitidas por la máquina controlada y toman decisiones en base a las instrucciones programadas, para estable la operación de dicha máquina. mantener P LC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) ¿De que partes esta compuesto un PLC? se puede dividir en diferentes partes, las cuales pueden estar integradas o por módulos: Fuente de alimentación Unidad de procesamiento central (CPU) Módulos de entradas/salidas Módulo de memorias Unidad de programación P LC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) P LC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) Fuente de alimentación La función de la fuente de alimentación, es suministrar la energía eléctrica a la CPU y demás tarjetas del PLC. P LC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) CPU La unidad central de procesamiento como su nombre lo indica se encarga se encarga de interpretar cada una de las instrucciones que tiene programado el PLC. P LC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) MÓDULOS Son una de las características prescindibles ya que a través de ellos es posible hacer una conexión física entre el CPU y el sistema a controlar. P LC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) MÓDULO DE ENTRADA: A través de este modulo se le manda una retroalimentación al PLC para que este pueda procesar los datos. MÓDULO DE SALIDA: Una vez que el PLC recibe la retroalimentación y procesa los datos en base a su programa manda una respuesta a los actuadores para controlar el proceso. P LC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) MÓDULOS DE MEMORIAS En los módulos de memoria es donde se guarda el programa del PLC. TIPOS DE MEMORIAS RAM ROM PROM EAROM NVRAM P LC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) ¿QUE TIPOS DE PLC EXISTEN? Nano Compacto Modular P LC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) NANO Generalmente integran la fuente de alimentación, la CPU y las entradas y salidas maneja un conjunto reducido de entradas y salidas el tipo nano permite manejar entradas y salidas digitales y algunos módulos especiales. P LC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) COMPACTO Tienen incorporada la fuente de alimentación, su CPU y los módulos de entrada y salida en un solo módulo principal permiten manejar desde unas pocas entradas y salidas hasta varios cientos pero no pueden expandir sus modelos su tamaño es superior a los de tipo Nano P LC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) COMPACTO soportan una gran variedad de módulos especiales, tales como: entradas y salidas análogas módulos contadores rápidos módulos de comunicaciones interfaces de operador expansiones de entrada y salida P LC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) MODULAR pueden ser configurados conforme a las necesidades cada modulo esta por separado. P LC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) El lenguaje de programación para PLC son mucho muy variados pero de todos esos, solo hay 3 que son los más utilizados: la programación en escalera la lista de instrucciones la programación por instrucciones. P LC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) PROGRAMACIÓN EN ESCALERA: Es un tipo de programación gráfica, también se le puede programar por VHDL, pero normalmente es por gráficos. Es conocida como lenguajes de contactos. P LC Cuando un contacto está abierto, permite la entrada de un dato (1) (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) CONTACTO ABIERTO. Cuando un contacto está abierto, permite la entrada de un dato (1) CONTACTO NEGADO Impide la entrada de señales o datos (0) P LC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) BOBINA. Se activa cuando, desde su izquierda le entra una entrada. Sirve para poder activar nuevas áreas o bobinas BOBINA NEGADA. Este elemento se niega cuando a su izquierda le llega una negación (0). entrada de P LC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) BOBINA SET. Una vez puesta en 1 no se podrá desactivar a cero a menos que una que su contraparte, la Bobina Reset, lo haga. BOBINA RESET. Esta bobina solo tiene la funcionalidad de para los procesos de la Bobina Set. P LC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) BOBINA JUMP. Sirve para saltarse instrucciones y poder indicarle a que punto llegar y además subprogramas.. de realizas P LC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) Se le llama escalera por que es similar a una escalera ya que contiene dos rieles verticales, y rieles horizontales que en este caso serian los escalones. P LC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) Algunas de las principales características son: Los 2 rieles verticales son la alimentación del circuito para vcd uno es el voltaje y el otro es la tierra, en caso de vca son L1 y 2. Las instrucciones de entrada se colocan en el lado izquierdo P LC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) Las instrucciones de salida se colocan en el lado derecho La mayoría de los plc permiten colocar en paralelo varias salidas. El procesador del plc lee los datos de arriba a abajo y de izquierda a derecha P LC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) DIAGRAMA DE BLOQUES. utilizan símbolos lógicos para representar al bloque de función Las salidas lógicas no requieren incorporar una bobina de salida, porque la salida es representada por una variable asignada a la salida del bloque. P LC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) DIAGRAMA DE BLOQUES. El diagrama de funciones lógicas, resulta especialmente cómodo de utilizar P LC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) DIAGRAMA DE BLOQUES. Características: Las salidas de los bloques funcionales no se conectarán entre sí. La evaluación de una red estará terminada antes de la siguiente P LC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) DIAGRAMA DE BLOQUES. P LC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) LISTA DE INSTRUCCIONES Este tipo de lenguaje es el mas antiguo y es la base para todos los demás lenguajes de programación es precursor de el diagrama escalera ya que se usaba cuando las computadoras aun no tenían capacidad gráfica. Todos los lenguajes finalmente vana a ser traducidos a lista de instrucciones. P LC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) LISTA DE INSTRUCCIONES CARACTERÍSTICAS: Todos los lenguajes se pueden traducir a lista de instrucciones, pero no al revés La programación es mas compacta P LC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) TEXTO ESTRUCTURADO se compone de una serie de instrucciones que se pueden ejecutar, como sucede con los lenguajes superiores, de forma condicionada (“IF..THEN..ELSE”) o en bucles secuenciales (WHILE..DO). P LC (PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER) TEXTO ESTRUCTURADO Características: Trata indistintamente las mayúsculas y las minúsculas. Soporta instrucciones aritméticas complejas. Soporta ciclos de iteración (repeat – until, while – do)