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GRADO EN ARQUITECTURA NAVA E INGENIERÍA MARITIMA
ELECTRÓNICA Y AUTOMÁTICA DE CONTROL APLICADA AL BUQUE
AUTÓMATAS PROGRAMABLES Sign up to vote on this title
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1. AUTÓMATA PROGRAMABLE PROGRAMABLE ............................................ ................................................................... ....................... 2. BLOQUES ESENCIALES DE UN AUTÓMATA PROGRAMABLE ....... 3. UNIDAD CENTRAL DE PROCESO, CPU ................................................ ............................................... ................................................................ ............................................ ........................................ .................. 4. MEMORIA .......................................... 4.1. MEMORIAS INTERNAS ............................................ ................................................................... .................................... ............. ................................................................... ........................... .... 4.2. MEMORIA DE PROGRAMA ............................................ 5. LAS INTERFACES DE ENTRADA Y SALIDA ......................................... ......................................... 1 ................................................................... ....................... 6. FUENTE DE ALIMENTACIÓN ............................................. 7. MODOS DE OPERACIÓN ............................................ .................................................................. ............................... ........ 8. CICLO DE FUNCIONAMIENTO ............................................................ ................................................................ ..... 9. TIEMPO DE CICLO, RETARDOS E/S, TIEMPO DE RESPUESTA Y CONTROL EN TIEMPO REAL .............................................................. ............................................................................. ................ .................................................................. .......................................... .................... 9.1. TIEMPO DE CICLO ............................................ 9.2. RETARDOS DE CONMUTACIÓN DE LAS E/S ...................................... 2 9.3. TIEMPO DE RESPUESTA Y EJECUCIÓN EN TIEMPO REAL ........... 2 10. PROCESADO Y TRATAMIENTO DE SEÑALES RÁPIDAS ................. 2 10.1. TAREAS RÁPIDAS, PROCESADO RÁPIDO DE SUBRUTINAS ..... 2 10.2. CONTADORES DE ALTA VELOCIDAD ................................. ............................................... ............... ........................................ 10.3. ENTRADAS DETECTORAS DE FLANCOS ......................................... 11. CONFIGURACIÓN EXTERNA DEL AUTÓMATA ................................... ................................... 12. TIPOS DE MICROPROCESADORES DE LA CPU ............................... 13. CONFIGURACION DEL CONTROL DEL PROCESO ............................ ............................ .............................................. 13.1. MULTIPROCESADORES MULTIPROCESADORES CENTRALES ............................................... 13.2. MULTIPROCESADORES MULTIPROCESADORES PERIFERICOS ........................................ ........................................... .... 14. REDUNDANCIA CON AUTÓMATAS PROGRAMABLES ..................... 3 15. CONFIGURACIONES POSIBLES DEL SISTEMA DE ENTRADAS / .................................................................. ............................................ ............................................. ........................... .... SALIDAS ............................................ 15.1. ENTRADAS / SALIDAS CENTRALIZADAS .............................. ......................................... ............ ............................................... 15.2. ENTRADAS/ SALIDAS DISTRIBUIDAS ........................................ ........ Sign up to vote on this title
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1. AUTÓMATA PROGRAMABLE PROGRAMABLE ............................................ ................................................................... ....................... 2. BLOQUES ESENCIALES DE UN AUTÓMATA PROGRAMABLE ....... 3. UNIDAD CENTRAL DE PROCESO, CPU ................................................ ............................................... ................................................................ ............................................ ........................................ .................. 4. MEMORIA .......................................... 4.1. MEMORIAS INTERNAS ............................................ ................................................................... .................................... ............. ................................................................... ........................... .... 4.2. MEMORIA DE PROGRAMA ............................................ 5. LAS INTERFACES DE ENTRADA Y SALIDA ......................................... ......................................... 1 ................................................................... ....................... 6. FUENTE DE ALIMENTACIÓN ............................................. 7. MODOS DE OPERACIÓN ............................................ .................................................................. ............................... ........ 8. CICLO DE FUNCIONAMIENTO ............................................................ ................................................................ ..... 9. TIEMPO DE CICLO, RETARDOS E/S, TIEMPO DE RESPUESTA Y CONTROL EN TIEMPO REAL .............................................................. ............................................................................. ................ .................................................................. .......................................... .................... 9.1. TIEMPO DE CICLO ............................................ 9.2. RETARDOS DE CONMUTACIÓN DE LAS E/S ...................................... 2 9.3. TIEMPO DE RESPUESTA Y EJECUCIÓN EN TIEMPO REAL ........... 2 10. PROCESADO Y TRATAMIENTO DE SEÑALES RÁPIDAS ................. 2 10.1. TAREAS RÁPIDAS, PROCESADO RÁPIDO DE SUBRUTINAS ..... 2 10.2. CONTADORES DE ALTA VELOCIDAD ................................. ............................................... ............... ........................................ 10.3. ENTRADAS DETECTORAS DE FLANCOS ......................................... 11. CONFIGURACIÓN EXTERNA DEL AUTÓMATA ................................... ................................... 12. TIPOS DE MICROPROCESADORES DE LA CPU ............................... 13. CONFIGURACION DEL CONTROL DEL PROCESO ............................ ............................ .............................................. 13.1. MULTIPROCESADORES MULTIPROCESADORES CENTRALES ............................................... 13.2. MULTIPROCESADORES MULTIPROCESADORES PERIFERICOS ........................................ ........................................... .... 14. REDUNDANCIA CON AUTÓMATAS PROGRAMABLES ..................... 3 15. CONFIGURACIONES POSIBLES DEL SISTEMA DE ENTRADAS / .................................................................. ............................................ ............................................. ........................... .... SALIDAS ............................................ 15.1. ENTRADAS / SALIDAS CENTRALIZADAS .............................. ......................................... ............ ............................................... 15.2. ENTRADAS/ SALIDAS DISTRIBUIDAS ........................................ ........ Sign up to vote on this title
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1. AUTÓMATA PROGRAMABLE Un autómata programable industrial – API - ( ó PLC – Programmable Logic Controller), es un equipo electrónico de control con una circuitería y cableado interno (hardware) independiente del proceso a controlar, que se adapta a dicho proceso mediante un programa específico (software) que contiene la secuencia de las operaciones a realizar. Esta secuencia de operaciones se define sobre señales de entrada y salida del proceso, cableada directamente en los bornes de conexión del autómata.
El autómata gobierna las señales de salida según un programa de control previamente almacenado en una memoria, a partir del estado de las entradas. Una característica diferenciadora del API frente a otros sistemas de control programables está en la estandarización del hardware.
El autómata se configura alrededor de una unidad central de control (CPU), que, unida mediante unos buses internos a las interfaces de entrada y salida y a las memorias, define lo que se conoce como estructura interna del autómata
Fuente de alimentación con salida auxiliar para circuitos de E/S
CPU, con puertos de comunicaciones comunicaciones y ranura Sign up to vote on this title de memoria externa.
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2. BLOQUES ESENCIALES DE UN AUTÓMATA
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La unidad central de proceso consulta el estado de las entradas y recoge r ecoge de la memoria la secuencia de instrucciones a ejecutar, elaborando a partir de ellas las señales de salida u órdenes que se enviarán al proceso. Durante la ejecución del programa, las instrucciones son procesadas en serie, una tras otra. La unidad de control es también t ambién responsable de actualizar continuamente los temporizadores y contadores internos que hayan sido programados. La memoria interna es la encargada de almacenar datos intermedios de cálculo y variables internas que no aparecen directamente sobre las salidas, así como una imagen de los últimos estados leídos sobre las señales de entrada o enviados a las señales de salida.
La memoria de programa contiene la secuencia de operaciones que deben realizarse sobre las señales de entrada para obtener las señales de salida, así como los parámetros de configuración del autómata.
up to vote on this title Las interfaces de entrada y salida establecen Sign la comunicación del autómata Useful procedentes Not useful del con la planta. Se conectan por un lado con las señales proceso a través de los bornes previstos previstos y, por otra, con el bus interno del del autómata. La interfaz se encarga de adaptar las señales que se manejan en el
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entrada y salida. El bus se compone de un conjunto de líneas utilizados para intercambiar datos u órdenes. Este conjunto de hilos del bus es compartido po todos los bloques del autómata, pero en todo momento sólo puede haber un único dispositivo utilizándolo. El bus interno está formado por: -
Bus de datos, por donde circulan las transmisiones de datos entre los dispositivos del autómata. Bus de direcciones, a través del cual se direccionan las memorias y el resto de dispositivos. Bus de control, constituido por todas las conexiones destinadas a gobernar los intercambios de información y habilitar el funcionamiento d cada dispositivo.
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3.
UNIDAD CENTRAL DE PROCESO, CPU Sign up to vote on this title
La CPU, construida alrededor de un sistema basado en microprocesador, es la Not encargada de ejecutar el programa de usuario ydeUseful ordenar lasuseful transferencias de información en el sistema de entradas/salida.
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El funcionamiento es tipo interpretado, decodificando las instrucciones cada vez que son ejecutadas.
Esta decodificación puede realizarse mediante un sistema de lógica estándar con microprocesadores más memoria, o puede estar microprogramada por hardware en el propio procesador, según diseño propio del fabricante uti lizand
tecnologías “custom” o personalizadas. La primera solución, más barata, es la
más frecuente en autómatas de gama baja, mientras que la segunda, con mayores costes de diseño y desarrollo, es propia de autómatas de gamas medias y altas. You're Reading es a Preview La decodificación interna de instrucciones transparente al usuario, que no puede modificarla de ningunaUnlock forma. En algunos procesadores, la full access with a free trial. decodificación se realiza mediante una memoria externa, denominada intérprete. Download With Free Trial
La siguiente figura muestra los bloques fundamentales de una CPU:
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- ALU, “Aritmetic Logic Unit”, encargada de realizar las operaciones aritméticas y lógicas (Y, O, suma, comparaciones …).
-
Acumulador, que almacena el resultado de la última operación realizada por la ALU. Flags, o indicadores de resultado de la operación (mayor que, positivo, negativo, cero, etc.).
- Contador de programa, “program counter”, PC, encargado de l a lectura de las instrucciones de usuario y de la secuencia de ejecución. - Decodificador de instrucciones y secuenciador, donde se decodifican instrucciones leídas en la memoria y se generan las señales de control. - Programa ROM monitor del sistema, donde se almacena la secuencia puesta en marcha, las rutinas de test y de error en la ejecución, etc. - Registros de pila, que permiten almacenar resultados parciales del programa. En autómatas de gamas alta y media la tarea de la CPU se subdivide con objeto de optimizar el funcionamiento. Dando lugar a dos posibles configuraciones: -
-
Arquitectura coprocesador: Existen en la CPU varios microprocesadore que ejecutan el programa de forma concurrente, trabajando en paralelo mejorando sustancialmente las prestaciones del sistema en cuanto a You're Reading a Preview velocidad y potencia de cálculo. Estructura de control distribuido: Emplea inteligentes equipado Unlock full access with a freemódulos trial. con procesadores especializados en ciertas tareas de medida y regulación, lo que permite traspasar ciertas funciones críticas en el Download With Free Trial tiempo a estos módulos, descargando a la CPU central de unos procesos que no podría atender con la necesaria rapidez.
4. MEMORIA En la memoria es donde el autómata guarda todo cuanto necesita: Sign up to vote on this title
Datos del proceso: - Señales de la planta, entradas y salidas. Useful Not useful - Variables internas, bits o palabras que utiliza para la ejecución del programa del usuario.
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La memoria ideal de ser rápida, pequeña de tamaño, barata, de bajo consumo y de alta capacidad de almacenamiento. Las memorias se clasifican atendiendo a sus características de lectura/escritura:
RAM: memorias de lectura/escritura. Las memorias RAM pueden ser leídas y modificadas cuantas veces sea necesario, de forma rápida. Sus inconvenientes es su baja densidad de integración y el carácter volátil, que provoca la pérdida de la información cada vez que cae la tensión de alimentación. Las RAM se utilizan principalmente como memoria de datos internos para los datos del proceso, y en ocasiones como memoria de programa y configuración en el caso de que estén respaldadas por baterías. ROM: memoria de sólo lectura, no reprogramables.
Las ROM no pueden ser modificadas de ninguna forma. Las memorias ROM s utilizan para almacenar el programa monitor, que realiza las siguientes funciones en el autómata programables: - Inicialización del sistema tras la puesta en tensión o reseteo. - Rutinas de test y de respuesta a errores de funcionamiento. - Control de las comunicaciones con el exterior. You're de Reading a Preview de E/S. - Rutinas de lectura escritura las interfaces - Interprete del programa delfullusuario. Unlock access with a free trial.
EPROM: memoria de sólo lectura, reprogramable, con borrado por radiación Download With Free Trial ultra-violeta.
Las EPROM se reprograman con un circuito especial tras borrar su contenido mediante luz ultravioleta. Estas memorias se utilizaban en los primeros autómatas programables para almacenar el programa del usuario, una vez depurado. Actualmente han sido sustituidas por las tarjeta de almacenamiento tipo SD, micro-SD, que se pueden en cuadrar dentro del grupo de memorias EEPROM. Sign up to vote on this title
Useful Not useful y alterable eléctricamente EEPROM: memoria de sólo lectura, reprogramable,
Las EEPROM son memorias de sólo lectura alterables por medios eléctricos,
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Cuadro resumen de tipos de memoria y en un autómata programable You're Reading a Preview 4.1. MEMORIAS INTERNAS Unlock full access with a free trial.
La memoria interna es aquella en la que se almacena el estado de las variable que maneja el autómata durante la ejecución del programa de usuario: Download With Free Trial entradas (%I), salidas (%Q), contadores, temporizadores, bits internos (%M), bytes, palabras y dobles palabras internas (%MB, %MW o %MD), bits y palabras de estado del sistema (%M y %MW) y datos constantes (%K). En la memoria interna existen dos áreas diferencias: área de bits y área de registros (bytes, palabras o doble palabras).
Se denomina memoria imagen la zona donde se almacena las últimasseñale to vote on this leídas de los interfaces de entrada y enviadas aSign los up interfaces de title salida, que s Useful Not useful actualiza tras cada ejecución completa del programa. La CPU ordena el intercambio de señales entre la memoria imagen y las
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De forma que el funcionamiento de la memoria imagen es el siguiente: -
La CPU consulta la interfaz de entrada y carga el estado de cada entrada en la memoria imagen de las entradas.
-
La CPU ejecuta el programa de usuario, con los datos de la memoria imagen de las entradas, y el estado de las demás variables internas. El resultado de los cálculos se deposita en la memoria imagen de las salidas.
You're Reading a Preview Unlock full access with a free trial.
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-
La CPU transfiere a las interfaces de salida los estados de las señales contenidos en la memoria imagen de las salidas tras finalizar la ejecución del programa. El sistema quedaSign preparado para iniciarun up to vote on this title nuevo ciclo.
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La secuencia real no es exactamente la indicada, ya que par a optimizar los tiempos de acceso a las interfaces, los procesos de lectura y escritura de las interfaces de E/S se efectúan a la vez.
Las posiciones de la memoria imagen de entradas y salidas se denominan puntos de E/S. Se pueden clasificar los autómatas en función del número de puntos de E/S físicos que pueden You'remanejar: Reading a Preview -
Gama baja: < 256 E/S.Unlock full access with a free trial. Gama media: entre 256 y 1024 E/S. Gama altas: con más de 1024 E/S. Download With Free Trial
El resto de la memoria interna se utiliza como memoria de datos para el proceso de ejecución. Los bits internos (relés internos) y registros internos ocupan posiciones de memoria interna. Estos no se asocian a un borne de E/S del autómata, son utilizados como datos temporales de operaciones internas. Sign up to vote on this title
Algunas posiciones internas pueden estar respaldadas por batería, o ir Useful Not useful guardándose cíclicamente en la EEPROM, de forma que quedan protegidas contra la perdida de tensión de alimentación.
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del autómata (configuración de las E/S, configuración de los puertos de comunicaciones …).
La capacidad total del programa de usuario depende del tipo de CPU utilizada, y puede oscilar entre los 1K pasos en un autómata compacto hasta cientos miles Kinstrucciones en un autómata de gama alta.
Las memorias del programa del usuario son siempre del tipo permanente (RAM + batería, o EPROM / EEPROM).
El mapa de memoria es el conjunto de direcciones correspondientes a toda la memoria del autómata que puede direccionar la CPU. Su tamaño depende de los siguientes factores: -
Capacidad de direccionamiento de la CPU. El número de E/S conectadas. La longitud de la memoria del programa del usuario.
5. LAS INTERFACES DE ENTRADA Y SALIDA
Establecen la comunicación entre la CPU y el proceso, filtrando, adaptando y codificando de forma compresible para la CPU las señales procedentes de los You're Reading a Preview elementos de entrada, y decodificando y amplificando las señales generadas durante la ejecución del programa antes Unlock full access de withenviarlas a free trial. a los elementos de salida Download With Free Trial
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Estas interfaces pueden clasificarse de distintas formas:
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Por el aislamiento: Con separación galvánica (opto-acopladores para las entradas, o salidas de contacto de relé para las salidas). Acoplamiento directo. o
-
Por la forma de comunicación con la unidad central: o Serie. o Paralelo.
-
Por la ubicación: o Locales. o Remotas.
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FUENTE DE ALIMENTACIÓN
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La fuente de alimentación proporciona las tensiones necesarias para el
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La alimentación a la CPU puede ser a 24Vcc o 230 Vac. La propia CPU alimenta a las tarjetas de interface de E/S a través del bus interno.
La alimentación a los circuitos de E/S puede realizarse, según tipos, en alterna 48/110/230 Vac, o en continua a 12/24/48/110 Vcc.
En algunos modelos, la fuente de alimentación puede contener una batería en tampón para mantener algunas posiciones de memoria. El estado de la batería es monitorizado por la CPU. Los autómatas compactos suelen disponer de salida de tensión a 24Vcc de baja potencia, para la alimentación directa de sensores y actuadores. A continuación se muestra el esquema de una única fuente de alimentación incorporada en el autómata, la cual alimenta la CPU, los interfaces y los circuitos de E/S:
You're Reading a Preview Unlock full access with a free trial.
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El siguiente esquema muestra la solución de varias fuentes de alimentación: - La propia del autómata. - Externa para entradas a corriente continua. Sign up to vote on this title - Externa para salidas a corriente continua. Useful Not useful - Externa para salidas a corriente alterna.
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La elección de uno u otro esquema de alimentación para un sistema basado e autómatas programables depende fundamentalmente de las características d las entradas y las salidas: -
Niveles de potencia necesarios. Compatibilidad entre la tensión auxiliar de la fuente del autómata y las necesarias para el sistema de E/S. Funcionamiento o no de sensores y cargas a igual tensión de alimentación. Necesidad de aislamiento galvánico en el sistema de E/S.
7. MODOS DE OPERACIÓN Un autómata programable bajo tensión puede mantenerse en uno de los siguientes modos de funcionamiento:
RUN (en ejecución): El autómata ejecuta normalmente el programa del usuario contenido en su memoria, evolucionando las salidas en función de las entradas y de las órdenes del programa. STOP (detenido): La ejecución del programa se detiene por voluntad del operador. Todas las salidas pasan a estado OFF. Las posiciones de la You're Reading a Preview memoria interna mantienen sus valores. Cuando se vuelve a pasar a estado RUN, las posiciones de memoria pasan “0”, excepto aquellas Unlock interna full access with a freeatrial.
declaradas como mantenidas.
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ERROR (error): El autómata detiene su funcionamiento de forma automática tras detectar un error, quedando bloqueado hasta que se corrige dicho error. Todas las salidas pasan a estado OFF. Se vuelve al estado RUN tras un reseteo, o bien desde selectores en la CPU (si están disponibles), o desde el software de programación.
El modo de operación del autómata puede ser controlado desde conmutadores situados en la CPU, o desde el software de programación. Sign up to vote on this title
useful Useful Tras la puesta en tensión, el autómata pasa al modo RUNoNot STOP, dependiendo de la configuración del programador. Las conmutaciones RUN/STOP pueden ser forzadas por el usuario desde el software de
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- CPU – Cambio ordenado por el operador desde los conmutadores de la CPU, si es que ésta dispone de ellos. - PRG – Cambio ordenado a través del operador mediante la aplicación software de programación.
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El modo de funcionamiento en el que está el sistema se puede verificar a Unlock full access with a free trial. través de los diodos LED disponibles en la CPU, o a través de la aplicación de programación si es que está conectada al autómata. Download With Free Trial
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tras otra, y se van repitiendo continuamente mientras el autómata esté en mod run bajo tensión. La siguiente figura muestra el diagrama de flujo de las operaciones que se realizan durante el ciclo operación, y que se repiten indefinidamente:
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La conexión de las memorias internas y externas.
Si se encuentra algún error en el chequeo inicial, se activa el LED de error de l CPU y queda registrado en la memoria de datos del sistema el código del erro El funcionamiento puede quedar interrumpido en ese punto, según la gravedad del error. A continuación se inicializan las variables internas: -
Se ponen a OFF las posiciones de memoria interna, excepto las mantenidas o protegidas contra perdidas de tensión. Se borran todas las posiciones de la memoria imagen de las E/S. Se borran todos los contadores y temporizadores.
Transcurrida la secuencia de inicialización, y si no han aparecido errores, el autómata entra en el ciclo de operación, constituido por aquellas operaciones que se ejecutan continuamente. Este ciclo puede considerarse dividido en tres bloques: -
Proceso común. Ejecución del programa de usuario y entrada / salida de datos.. Servicio a periféricos.
You're Reading En el proceso común se comprueba el reloja Preview de guardia (“watchdog”) y se
realizan los chequeos cíclicos del full sistema (conexiones y memoria de Unlock access with a free trial. programa), protegiendo al sistema contra: -
Errores de hardware. Errores de sintaxis.
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El reloj de guarda (“watchdog”) es un temporizador interno que fija el tiempo
máximo de ejecución de un ciclo de operación. Si este temporizador alcanza e tiempo prefijado, entre 0,1s y 0,5s, el autómata pasa a estado STOP (detenido y se ilumina el indicador de error. La activación del reloj de guardia puede ser por: Sign up to vote on this title
-
Useful Not useful Existencia de algún error en el programaque no alcanza el fin. Bloqueo en las comunicaciones. Avería de la CPU.
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órdenes de mando en función de la memoria imagen de E/S por ejecución secuencial de las instrucciones del programa. El tiempo de ejecución de esta parte del ciclo de operación depende de: -
El tiempo de acceso a las interfaces de E/S, que a su vez depende del número y ubicación de esas interfaces de E/S. Tiempo de escrutación del programa, que depende de la longitud del programa y del tipo de CPU.
Por último, el servicio a periféricos externos, que sólo es atendido si hay pendiente algún intercambio con el exterior. Durante el chequeo inicial y durante los chequeos cíclicos se pueden producir dos tipos de errores: fatales y no fatales. Los primeros provocan la detección del autómata (paso a STOP), y exigen la reinicialización de la máquina por reset o puesta en tensión.
Los errores no fatales quedan recogidos y señalizados en el autómata, pero no provocan la parada de la máquina. Los errores más frecuentes son: -
Reading a Preview Fallos de alimentaciónYou're en algún módulo. Ausencia de la tarjetaUnlock de memoria. full access with a free trial. Desbordamiento del reloj de guardia. Perdida del programa Download o parte deWith él. Free Trial Valores fuera de rango en bloques funcionales (temporizadores, contadores …) Fallos de conexión en los interfaces de E/S. Fallo de comunicación con otros PLC o con el sistema de programación Direccionamiento incorrecto de variables. Error al transferir el programa.
Sign upTIEMPO to vote on thisDE title 9. TIEMPO DE CICLO, RETARDOS E/S, Useful REAL Not useful RESPUESTA Y CONTROL EN TIEMPO
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El tiempo de ciclo es la suma de los tiempos que tarda el autómata en realizar las distintas operaciones del ciclo: - Chequeos. - Actualización de E/S. - Ejecución del programa. - Servicio a puertos de comunicaciones y periféricos. Los chequeos y comprobaciones cíclicas son del orden de 1 a 2 ms.
Los tiempos de ejecución de las instrucciones del programa se m iden en unidades de microsegundos, resultando un tiempo de ejecución del programa variable en función del número y tipo de instrucciones a ejecutar. El tiempo de ejecución del programa se mide en milisegundos por cada mil instrucciones (ms/K). Típicamente es de 1 a 15 ms/K, dependiendo del tipo de CPU. Los tiempos de acceso al exterior para la lectura/escritura de datos son del orden de 1 a 5 ms, dependiendo del nº de E/S a explorar. Para una aplicación de unas 1000 instrucciones de programación el tiempo total de ciclo puede estar alrededor de 20 ms. Este tiempo de ciclo es uno de los factores determinantes en el diseño del Reading a Preview sistema de control cuando enYou're éste aparezcan señales muy r ápidas. Unlock full access with a free trial.
9.2. RETARDOS DEDownload CONMUTACIÓN DE LAS E/S With Free Trial La electrónica de los interfaces de entradas y salidas introducen también retardos, definiéndose los siguientes parámetros:
Retardo de conmutación de entradas: Tiempo que tardan las señales de entrada del proceso desde que se establecen hasta que están accesibles para la memoria interna de la imagen de las entradas. Este retardo lo provoca el filtrado, adaptación y codificación de la señal. Sign up to vote on this title
useful Useful Not las Retardo de conmutación de las salidas: Tiempo que tardan señales de salida en pasar desde la memoria interna de la imagen de las salidas al contro del proceso. Este retardo lo provoca la codificación, adaptación y amplificación
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9.3. TIEMPO DE RESPUESTA Y EJECUCIÓN EN TIEMPO REAL
Dada una señal de control de salida que sea función de una o varias señales de entrada, se denomina tiempo de respuesta al que transcurre desde que u cambio en las señales de entrada es reflejado en la señal de salida de control de la planta. Este tiempo depende de los retardos de conmutación de las entradas y de las salidas. TINPUT delay TOUTPUT delay, y del tiempo de ciclo del autómata.
El tiempo de respuesta es variable dependiendo del instante en que cambia la entrada respecto al ciclo de operación. Se mueve siempre entre dos valores límites: -
Valor mínimo, cuando la señal está disponible en la interfaz justo antes de la lectura de las entradas:
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Valor máximo, cuando la señal está disponible en la interfaz justo después de la lectura de las entradas: Sign up to vote on this title
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10. PROCESADO Y TRATAMIENTO DE SEÑALES RÁPIDA
Algunas señales en el proceso pueden tener una constante de tiempo baja, o l que es lo mismo, una alta frecuencia de variación, este tipo de señales se le denominan señales rápidas. Puede darse el caso que el tiempo de respuesta máximo del autómata sea mayor que el tiempo mínimo que una determinada señal rápida cambia de estado, con lo cual el autómata puede no detectar dicho cambio de estado., provocando oscilaciones, saturación o incluso bloqueo del sistema.
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Error de lectura de entradas rápidas
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Error de lectura de tren de impulsos rápidos
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Entradas especiales para señales rápidas, con un mecanismo interno enclavamiento para que puede ser almacenada la entrada en la memoria hasta que el autómata haga la lectura de E/S en su ciclo general. Denominadas entradas detectoras de flancos.
10.1. TAREAS RÁPIDAS, PROCESADO RÁPIDO DE SUBRUTINAS Se pueden crear subrutinas del programa que atienda a las señales rápidas, estas subrutinas se pueden ejecutar de las siguientes formas: -
Dentro del ciclo principal se procesan ciclos completos más cortos, de una duración pre-establecida, que permiten la atención de las señales rápidas. De forma que, dentro del ciclo principal se ejecuta varias veces los ciclos cortos de las subrutinas de las señales rápidas.
You're Reading a Preview Unlock full access with a free trial.
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Mediante una señal externa de interrupción exterior, que permite al autómata atender con rapidez a estímulos externos. El programa se ejecuta normalmente mientras no se activa la señal de interrupción. Cuando se activa la interrupción se interrumpe momentáneamente el programa principal y se ejecuta la subrutina, atendiendo a las entradas, ejecutando el programa de la subrutina y refrescando las salidas, tras lo cual se vuelve al programa principal, quedando la subrutina en espera de una nueva interrupción. Sign up to vote on this title
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Las interrupciones pueden ser por una señal física externa o por una variable You're Reading a Preview interna que alcance un determinado valor. Unlock full access with a free trial.
10.2. CONTADORESDownload DE ALTA WithVELOCIDAD Free Trial
El contador de alta velocidad es un módulo interface de entrada que es capaz de contar impulsos en sus entradas mediante un hardware independiente de la CPU. Estos impulsos pueden venir de distintos tipos de sensores: proximidad, encoders …
El contador de alta velocidad cuenta los impulsos de forma asíncrona con el resto del autómata, utilizando sus propias entradas débilmente filtr adas. Sign up to vote on this title
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Una vez iniciada la cuenta, el contenido del contador puede ponerse a cero (reset):
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La interacción entre el programa del usuario y el contador rápido se realiza de dos formas: -
Consultando desde el programa del usuario el registro de memoria donde el contador rápido guarda el contaje.
-
Actuando desde el contador rápido en una interrupción para ejecutar tarea rápida. Cuando se alcanza un determinado nivel de cuenta en el módulo del contador, se envía una interrupción al programa principal.
Existen tanto módulos uni-direccionales como bidireccionales.
You're Reading a Preview 10.3. ENTRADAS DETECTORAS DE FLANCOS Unlock full access with a free trial.
Las entradas detectoras de flancos tienen por objeto leer entradas de muy alta velocidad sin contaje. Es unaDownload entrada especial, normalmente disponible en una With Free Trial de las entradas de un autómata compacto. El flanco de la señal de entrada, que debe mantenerse en ON durante un tiempo mínimo, activa un relé interno que se queda enclavado (mantiene su estado) hasta el final del siguiente ciclo de operación, aunque la señal de entrada haya pasado a estado OFF. El relé interno puede ser leído por el programa de usuario, obteniendo la Sign up to vote on this title lectura de la señal rápida. Useful Not useful
El relé interno se resetea automáticamente tras un ciclo de programa sin impulso de entrada.
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11. CONFIGURACIÓN EXTERNA DEL AUTÓMATA Se entiende por configuración externa de un sistema de control basado en autómatas programables a la estructura que adopta el sistema físico, esencialmente las unidades de control y el sistema de entradas / salidas para adaptarlo a las particularidades de la aplicación: número de entradas salidas, ubicación de las mismas, potencia y velocidad de cálculo de las unidades de control. Las unidades de control pueden adaptar dos configuraciones posibles: -
Unidad de control centralizada. Una única CPU. Unidad de control distribuida. Varias CPU.
Con una única CPU, el control queda centralizado en dicha máquina. Esta CPU puede controlar varios módulos de E/S, ubicados en el mismo bastidor de la CPU, o localizados remotamente donde interese.
En los sistemas con control distribuido existen varios autómatas, cada uno con su CPU, y en general con sus propias interfaces de E/S, controlando una parte del proceso. Estos autómatas se conectan a un autómata central, principal, qu actúa como CPU maestra, supervisora, que gestiona de forma general el sistema y permite el intercambio deReading datos entre todo el sistema. You're a Preview Unlockafull a free adoptar trial. El sistema de entradas / salidas suaccess vez with puede dos configuraciones posibles:
-
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Entradas / Salidas centralizadas (locales). Entradas / Salidas distribuidas (remotas).
Las interfaces de E/S son centralizadas cuando se comunican con el autómata a través del bus interno, sin utilizar procesadores de comunicaciones intermedios. Si la comunicación entre las E/S y el la CPU delSign autómata que las controlas up to vote on this title necesita un procesador intermedio de comunicaciones conectado por un lado Useful Not useful con la CPU, a través del bus interno, y por otro lado con los módulos de E/S externos mediante un cable especial de comunicaciones, el sistema de entradas salidas se denomina distribuidas.
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Los microprocesadores de bits son los responsables de realizar las operaciones combinacionales lógicas booleanas entre variables de 1 bit. Los microprocesadores de palabras son los encargados de ejecutar los cálculos de instrucciones digitales entre palabras de 8, 16 o 32 bits, que contienen datos d operaciones aritméticas, señales analógicas previamente convertidas a digital, comparación de datos, etc.. Los microprocesadores de bits se fabrican con tecnología ASIC (“Application Specific Integrated Circuit”), es decir fabricados a medida, también conocidos como “custom circuit”).
Los microprocesadores de palabras suelen ser microprocesadores comerciale adaptados al lenguaje del autómata mediante un intérprete, aunque en autómatas de alta gama se recurre también a tecnología ASIC. Sin embargo, en autómatas de alta gama modulares de elevada potencia de proceso se incorpora en la CPU más microprocesadores, con objeto de subdividir las operaciones del microprocesador de palabras entre varios microprocesadores especializados: -
Microprocesador para operaciones aritméticas. Microprocesador para gestionar las interfaces de E/S. Microprocesador para controlar las comunicaciones. You're Reading a Preview Microprocesador específico para el control de temporizadores y contadores. Unlock full access with a free trial.
De esta forma se consigue loDownload que se llama una arquitectura de With Free Trial coprocesadores, consiguiendo optimizar el tiempo de respuesta de la CPU.
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En la arquitectura coprocesadores, todos están coordinados por el microprocesador de servicios para el acceso al mapa de memoria del You're Reading a Preview autómata. Unlock full access with a free trial.
El siguiente cuadro resume las distintas arquitecturas de mi croprocesadores que puede adoptar la CPU: Download With Free Trial
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Estos programas complejos multitareas, que no sólo gobiernan diferentes variables, sino también subprocesos distintos, pueden tener tiempos de respuesta prohibitivos para el control en tiempo real si la ejecución del programa del usuario la lleva a cabo una única CPU. La solución pasa por repartir la tarea de control entre varios procesadores, resultando entonces dos configuraciones de control distintas: -
Unidad de control compacta formada por una única CPU que controla todo el proceso con un único programa (monoproceso).
-
Unidad de control modular, con ejecución multiproceso, donde en un momento dado varios procesadores ejecutan distintos programas o tareas de control.
La siguiente figura muestra una configuración monoproceso, con una única CPU que se encarga de controlar toda la planta:
You're Reading a Preview Unlock full access with a free trial.
Download With Free las Trialentradas salidas, incluso las Se observa que una única CPU controla todas remotas conectadas al bastidor principal mediante un bus de comunicaciones industriales.
Por otro lado, la siguiente figura muestra una configuración multiproceso, donde la tarea de control está repartida entre varias CPU trabajando en paralelo, lo que permite repartir entre ellas, según la programación del usuario las tareas de control. Sign up to vote on this title
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Esta arquitectura multiproceso aporta al sistema un aumento de su potencia de proceso, ejecutando las tareas de control de forma m ás eficiente, y con mayor rapidez. A su vez, la arquitectura multiproceso se puede clasificar por la ubicación y forma de interconexión de las CPU (procesadores): -
Multiprocesadores centrales en un mismo bastidor. Procesador central + procesadores periféricos. Procesadores conectados en red.
13.1. MULTIPROCESADORES CENTRALES
La arquitectura multiproceso con multiprocesadores centrales se obtiene al conectar sobre un mismo bastidor varias CPU gestionadas por una unidad de coordinación. Cada una de las CPU controla una parte del programa de usuari (subprograma) de forma independiente de las demás, definiendo su propio cicl de ejecución. De esta forma, el máximo tiempo de respuesta para una señal d la planta viene dado por el mayor de los tiempos de ciclo, y no por la suma de todos.
Todas las CPU tienen accesoYou're al mismo mapa de memoria de entradas/salidas Reading a Preview del autómata, estableciendo cada una la gestión del bus y el intercambio de datos con la periferia y las otras CPU, cuando lo trial. permite la unidad Unlock full access with a free coordinadora. Download With Free Trial
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Actúa como origen / destino de la información transmitida entre procesadores.
La unidad coordinadora actúa también como CPU principal, incorporando los mandos principales del autómata: - Selectores Run / Stop. - Rutina de inicio tras un reset. - Watchdog.
13.2. MULTIPROCESADORES PERIFERICOS
Los procesadores periféricos son CPU especializadas en ciertas aplicaciones de regulación y control, con entradas y salidas analógicas y digitales incorporadas, que solicitan al programa de usuario únicamente los parámetros y consignas para su funcionamiento. El funcionamiento de los periféricos es totalmente autónomo de la CPU principal. Son procesadores auxiliares con sus propias memorias e interfaces de entradas / salidas, que contiene una rutina especializada para ejecutar una tarea concreta. You're Reading a Preview
Estos procesadores auxiliares se comunican con la CPU sólo para el intercambio de información, como son: Unlock full access with a free trial. -
Parámetros de configuración. Download With Free Trial Órdenes de control del funcionamiento (parada, marcha, modo de funcionamiento …).
-
Señales de interrupción. Transferencia de información.
Entre estos procesadores especializados podemos destacar los siguientes: -
Medida de posición, velocidad y aceleración. Sign up to vote on this title Contaje y tratamiento de impulsos a alta frecuencia. Useful Not useful Controladores de temperatura. Controladores de motores de CC y CA. Controladores de motores
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14. REDUNDANCIA CON AUTÓMATAS PROGRAMABLES
Muchas aplicaciones de automatización exigen seguridad en el funcionamiento donde se debe aportar la máxima disponibilidad, o probabilidad de que el esquipo se mantenga en funcionamiento. Existen dos formas de aumentar la disponibilidad cuando se trabaja con autómatas programables: -
Funcionamiento redundante, o redundancia total. Funcionamiento supervisado, o redundancia parcial.
Para disponer de redundancia total se tiene que implementar dos unidades idénticas (CPU, programa y E/S), acopladas entre sí, en enlace permanente con el proceso y funcionamiento en paralelo. Ambos autómatas comparan continuamente sus estados y variables internas, y si los valores observados difieren entre sí, el autómata responde de una de las siguientes formas: -
Entrando en un subprograma de seguridad que lleve al proceso a un punto de no peligro. Conmutando la unidad de reserva con la defectuosa. You're Reading a Preview Unlock full access with a free trial.
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En el funcionamiento supervisado se tienen dosSign CPU up idénticas, to vote on thistambién title acopladas entre sí, pero conectadas a las mismas interfaces de E/S. Por lo Useful Not useful tanto la redundancia queda limitada a la CPU y a la memoria del programa.
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15. CONFIGURACIONES POSIBLES DEL SISTEMA DE ENTRADAS / SALIDAS Las configuraciones posibles son:
- Centralizadas: o Autómatas compactos, ampliables mediante módulos de extensión de E/S compactas. o Autómatas modulares, construidos a base de módulos / tarjetas insertados en un bastidor, ampliables mediantes bastidores de extensión. - Distribuidas: o Locales: Autómatas compactos + módulos de extensión distribuidos Autómatas modulares + bastidores de extensión distribuidos. Remotas: Interconectadas mediante buses de campo, mediante o pares de cables trenzados, F.O., coaxial o radio.
15.1. ENTRADAS / SALIDAS CENTRALIZADAS You're Reading a Preview Las entradas / salidas centralizadas se disponen en las inmediaciones de la CPU, o autómata base, con el objetivo de aumentar el número de puntos E/S Unlock full access with a free trial. disponibles, dentro de la capacidad de direccionamiento de la CPU. Download Free Trial son: Las características principales de esta With configuración
-
Se conectan a la CPU a través del bus interno del autómata.
-
Las transferencias de datos se realizan en paralelo.
-
Están colocadas a distancias inferiores de 5m del autómata base.
-
Sign up to vote on this title Según modelos, pueden no usar fuente de alimentación propia, recogiendo las tensiones de trabajo sobre mismas líneas Useful useful del bus las Not interno.
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Autómata programable compacto
Los autómatas compactos pueden ampliarse mediante unidades de expansión E/S compactas, siempre conectados entre sí y al autómata base mediante cables especiales de expansión del bus interno del autómata.
Es posible conectar varias unidades expansión sobre el mismo bus interno del autómata, unidas todas ellas a la misma CPU hasta el límite de direccionamiento que ésta permita.
You're Reading a Preview Unlock full access with a free trial.
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Autómata programable compacto + expansiones de E/S
Los autómatas programables modulares están construidos sobre un bastidor, donde cada bloque esencial es un módulo enchufado al bastidor (fuente de alimentación, CPU e interfaces de E/S). Sign up to vote on this title
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Los autómatas programables modulares se pueden ampliar de las siguientes formas: -
Conectando nuevas tarjetas o módulos de E/S en posiciones libres del bastidor base (bastidor en el que está la fuente de alimentación y la CPU). Colocando nuevos bastidores conectados al bastidor base cuando toda las posiciones del bastidor base estén ocupadas.
Los módulos quedan unidos al bastidor por enganche mecánico, estableciéndose la unión eléctrica con las líneas del bus mediante un conector posterior. El número de espacios o puestos de enchufe en un bastidor está limitado.
Si se ocupan todos los puestos de enchufe del bastidor base, puede ampliarse el sistema colocando bastidores adicionales, unidos entre sí y al primero de ellos mediante interfaces de conexión específicos (cables + conectores en los bastidores). La configuración resulta entonces de la forma de bastidor principal más bastidores de expansión: -
You're Reading a Preview El bastidor principal contiene la fuente de alimentación, CPU, procesadores periféricos, detrial. comunicaciones y módulos Unlockprocesadores full access with a free de E/S. Los bastidores de expansión pueden contener módulos de E/S y Download With Free Trial procesadores de comunicaciones, para enlace con otros autómatas o con unidades de E/S remotas.
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En un mismo armario se pueden colocar varios bastidores de expansión, hasta el límite de direccionamiento de la CPU, extendido sobre distancias inferiores a 5m.
15.2. ENTRADAS/ SALIDAS DISTRIBUIDAS Es frecuente que las máquinas y los procesos bajo control en el buque no se encuentren localizados en una misma zona, sino distribuidos a lo largo del mismo. Por lo tanto, se plantea la necesidad de conectar la CPU del autómata con sensores y actuadores alejados de él.
La solución pasa por instalar interfaces de E/S en los puntos donde se necesitan e interconectarlas con el autómata base que contiene la CPU que controla los procesos a través de módulos de comunicaciones industriales, que agrupan las señales en tramas o paquetes de datos digitales y los envía por transmisión serie al autómata base, resultando lo que se conoce como configuración de entradas / salidas distribuidas o descentralizadas. La siguiente figura muestra la diferencia entre las E/S centralizadas y las E/S distribuidas, donde se puedeYou're apreciar el ahorro considerable de cableado: Reading a Preview Unlock full access with a free trial.
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El sistema de E/S distribuidas se puede clasificar según como se realice la conexión de las E/S distribuidas con el autómata base que contiene la CPU, adoptándose las siguientes configuraciones:
BUS: En el autómata base que contiene la CPU se dispone un único procesador de comunicaciones industriales, que se conecta con el procesador de comunicaciones de la primera unidad de E/S distribuidas, y las E/S distribuidas se van enlazando una tras otra de la misma manera, formando lo que se conoce como una estructura en bus. A su vez, al autómata base o a cualquier unidad de E/S distribuidas, se le puede conectar un bastidor o una unidad de expansión para ampliar E/S. Tiene la ventaja de que aporta un considerable ahorro de cableado, sin embargo tiene el inconveniente de que la interrupción del bus en un punto ocasiona la perdida de todas las E/S distribuidas que cuelgan del punto de interrupción. Esta desventaja se puede solventar implementando un sistema de doble bus redundante.
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ESTRELLA: La unidad base contiene tantos procesadores de comunicaciones industriales de enlace como unidades de expansión se necesiten, de forma es posible la desconexión total de cualquiera de ellas sin afectar al funcionamiento del resto de unidades de E/S distribuidas. En cambio tiene la desventaja de mayor cantidad de cableado You're Reading arespecto Preview a la soluci ón en bus. Unlock full access with a free trial.
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MIXTA: La unidad base contiene tantos procesadores de comunicaciones industriales de enlace como ramales de bus se necesiten, de forma que es posible la desconexión total de un ramal sin afectar al funcionamiento del resto de ramales. Los ramales en bus se configuran como se describió anteriorment en la configuración BUS. Se trata de aprovechar las ventajas de ambos sistemas.
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Useful Not useful Las comunicaciones siempre se hacen vía serieentre el autómata base y los procesadores de comunicaciones de las unidades remotas de E/S. Se realizan mediante interfaces estándar RS-422 / RS-485 utilizando protocolos
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