1.5 ESTRUCTURA MODULAR DE UNA COMPUTADORA

Estructura externa.

Todos los autómatas programables, poseen una de las siguientes caracteristicas:

Compacta:

en un sólo bloque están todos los elementos.

Modular:

• Estructura americana: separa las E/S del resto del autómata.
• Estructura europea: cada módulo es una función (fuente de alimentación, CPU, E/S, etc.)

Exteriormente nos encontramos con cajas que contienen una de estas estructuras, las cuales poseen indicadores y conectores en función del modelo y fabricante.

Estructura interna.

Los elementos esenciales, que todo autómata programable posee como minimo son:

1. Sección de entradas: se trata de lineas de entrada, las cuales pueden ser de tipo digital o analógico. En ambos casos tenemos unos rangos de tensión caracteristicos, los cuales se encuentran en las hojas de caracteristicas del fabricante. A estas lineas conectaremos los sensores.
2. Sección de salidas: son una serie de lineas de salida, que tambien pueden ser de caracter digital o analógico. A estas lineas conectaremos los actuadores.
3. Unidad central de procesa (CPU): se encarga de procesar el programa de usuario que le introduciremos. Para ello disponemos de diversas zonas de memoria, registros e instrucciones de programa.

Memoria.

Dentro de la CPU vamos a disponer de un área de memoria, la cual emplearemos para diversas funciones:

• Memoria del programa usuario: aqui introduciremos el programa que el autómata va a ejecutar cíclicamente.
• Memoria de la tabla de datos: se suele subdivir en zonas según el tipo de datos ( como marcas de memoria, temporizadores, contadores, etc.)
• memoria del sistema: aqui se encuentra el programa en código máquina que monitoriza el sistema (programa del sistema o firmware). Este programa es ejecutado directamente por el microprocesador que posea el autómata.
• Memoria de almacenamiento: se trata de memoria externa que empleamos para almacenar el programa de usuario y en ciertos casos parte de la memoria de la tabla de datos. Suele ser uno de los siguientes tipos: EPROM, EEPROM, o FLASH.

Cada autómata divide su memoria de esta forma generica, haciendo subdivisiones especificas segun el modelo y fabricante.

CPU.

La CPU es el corazón del autómata programable. Es la encargada de ejecutar el programa de usuario mediante el programa del sistema ( es decir, el programa del usuario es interpretado por el programa del sistema). Sus funciones son:

• Vigilar que el tiempo de ejecución del programa de usuario no exceda un determinado tiempo máximo (tiempo de ciclo máximo). A esta función se le suele denominar Watchdog (perro guardian).
• Ejecutar el programa del usuario.
• Crear una imagen de las entradas, ya que el programa del usuario no debe acceder directamente a dichas entradas.
• Renovar el estado de las salidas en función de la imagen de las mismas obtenida al final del ciclo de ejecución del programa de usuario.
• Chequeo del sistema.

Para ello el auómata va a poseer un ciclo de trabajo, que ejecutará de forma continua.

Unidades de E/S.

Generalmenta vamos a disponer de dos tipos de E/S:

1. Las E/S digitales se basan en el principio de todo o nada, es decir no conducen señal alguna o poseen un nivel minimo de tensión. Estas E/S se manejan a nivel de bit dentro del programa del usuario.
2. Las E/S analógicas pueden poseer cualquier valor dentro de un rango determinado especificao por el fabricante. Se basan en conversores A/D y D/A aislados de la CPU (ópticamente o por etapa de potencia). Estas señales se manejan a nivel de byte o palabra (8/16 bits) dentro del programa del usuario.

Las E/S son leidas y escritas dependiendo del modelo y del fabricante, es decir pueden estar incluidas sus imagenes dentro del area de memoria o ser manejadas a tráves de instrucciones especificas de E/S.

Interfaces.

Todo autómata, salvo casos excepsionales, posee la virtud de poder comunicarse con otros dispositivos (Como un PC).

Lo normal es que posea una E/S serie del tipo RS-232 / RS-422.

A travez de esta linea se pueden manejar todas las caracteristicas internas de autómata, incluida la programación del mismo y suele emplearse para monitorización del proceso en otro lugar separado.

Equipos o unidades de programación.

El autómata debe disponer de alguna forma de programación, la cual se suele realizar empleando algunos de los siguientes elementos:

• Unidad de programación: suele ser en forma de calculadora. Es la forma más simple de programar el autómata y se suele reservar para pequeñas modificaciones del programa o la lectura de datos en el lugar de colocación del autómata.
• Consola de programación: es una terminal a modo de ordenador que proporciona una forma más comoda de realizar el programa de usuario y observar parámetros internos del autómata. Desfasado actualmente.
• PC: es el modo mas potente empleado en la actualidad. Permite programar desde un ordenador personal estandar, con todo lo que ello supone: herramientas más potentes, posibilidad de almacenamiento en soporte magnético, impresión, transferencia de datos, monitorización mediante software SCADA, etc.

Para cada caso el fabricante proporciona lo necesario, bien el equipo o el software/cables adecuados. Cada equipo, dependiendo del modelo y fabricante, puede poseer una conexión a uno o varios de los elementos anteriores.

Dispositivos perifericos.

El autómata programable, en la mayoria de los casos, puede ser ampliable. Las ampliaciones abarcan un gran abanico de posibilidades, que van desde las redes internas (LAN, etc), modulos auxiliares de E/S, memoria adicional, etc., hasta la conexión con otros autómatas del mismo modelo.