T 1 CPU y PLC

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Herrera Rangel Héctor Francisco 5IM2. 1 
 
 
INSTITUTO POLITÉCNICO 
NACIONAL 
Centro de Estudios Científicos y 
Tecnológicos (CECyT) No.- 3 
“Estanislao Ramírez Ruíz” 
Materia: Controladores Lógicos 
Programables. 
Cpu’s y Tarjetas de E/S de los 
PLC’s. 
Nombre del Alumno: Herrera 
Rangel Héctor Francisco. 
Grupo: 6IM2. 
Profesor: Cabrera Hernández Luis. 
 
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Tipos de CPU de la marca Siemens. 
La selección de la CPU y del modelo de PLC/PAC depende directamente de 
varios parámetros. Algunos de los principales son los siguientes: 
–El número de entradas y salidas, el número de racks y si son E/S locales y/o 
remotas. 
-El tamaño de la memoria, la potencia y la velocidad de ejecución de las 
instrucciones del programa (tiempo de ciclo o scan). 
-Si necesitamos programar algoritmos complejos o de regulación (PID’s por 
ejemplo). 
-Si el módulo CPU debe incorporar algún puerto de comunicaciones y/o alguna 
característica especial. 
-Si tenemos una configuración de CPU redundante y qué tipo de redundancia se 
especifica. 
-Si se trata de un PLC de seguridad (“fail safe”). 
CPU ESTANDAR O DE PROPOSITO GENERAL. 
Los PLC’s se basan en una CPU de propósito general combinada con un sistema 
operativo de propósito general (basado en Windows, en algunos casos), lo cual no 
satisface las necesidades de un sistema de tiempo real, por lo que, algunos PLC’s 
podrían considerarse como sistemas de tiempo real "blandos". De hecho, el 
tiempo de «Scan cycle» puede cambiar en función de la carga de su CPU, por lo 
tanto y, en conclusión, los PLC’s comerciales no pueden considerarse verdaderos 
sistemas de tiempo real. 
Dentro de los CPU estándar podemos encontrar los siguientes modelos de la 
marca SIEMENS: 
CPU 1510SP-1 PN CPU 1512SP-1 PN (CPU estándar de potencia escalonada) 
CPU DE SEGURIDAD. 
El PLC de seguridad incorpora muchas funciones de diagnóstico para detectar 
cualquier posible fallo interno en el hardware o en el firmware, de forma que un 
fallo en el PLC no cause ninguna situación “no segura”. 
Para detectar el cortocircuito introduce una rutina de diagnóstico por medio de 
micropulsos y la lectura del estado de la salida. Con esto al menos es posible dar 
una alarma en el caso de que se produzca el cortocircuito. 
Para además actuar sobre la salida en caso de fallo se utiliza un segundo 
transistor en serie, y además enclavándolo con el circuito de vigilancia (llamado en 
inglés “watchdog”) que compara el estado de ambos transistores de salida. De 
 
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esta forma se consigue un circuito de salida seguro (“fail safe”) tolerante al 
fallo desde el punto de vista de la Seguridad. 
Dentro de los CPU de seguridad podemos encontrar los siguientes modelos de la 
marca SIEMENS: 
CPU 1510SP F-1 PN y CPU 1512SP F-1 PN (CPU de seguridad con potencia 
escalonada) 
CPU REDUNDANTE. 
Según sea la aplicación nos tocará decidir si lo que buscamos es un sistema de 
«alta disponibilidad», de «alta seguridad» o queremos ambas cosas. Además, 
tendremos que considerar siempre el coste de cada arquitectura. 
1-CPU redundante y E/S no redundantes. 
La arquitectura es muy sencilla y se utiliza cuando diseñamos con el criterio 
del MTBF (Mean Time Between Failures, en español «Tiempo medio entre fallos») 
pues es sensiblemente inferior en una CPU que en un módulo de entradas o 
salidas. Es un valor que nos da el fabricante basado en un cálculo de 
probabilidades. 
2-CPU redundante y E/S no redundantes, pero bien distribuidas. 
En este caso damos un paso más y distribuimos las entradas y salidas pensando 
siempre en los elementos de campo. Por ejemplo, si tenemos una unidad con dos 
bombas del 50% de capacidad lo que haremos es no mezclar E/S de cada 
bomba en los mismos módulos, de forma que si falla el módulo perderemos sólo 
una de las bombas. Además, si es posible, deberíamos colocar los módulos de 
cada bomba en racks diferentes. 
3-CPU redundante y E/S mixtas y bien distribuidas. 
Utilizaremos una lógica 2 de 3 (2oo3 en inglés) para las entradas y, 
opcionalmente, una lógica dual o en H para las salidas digitales. 
La filosofía de la lógica 2 de 3 es sencilla, se basa en una votación. Supongamos 
que se trata de una parada de una bomba por nivel alto y que tenemos 3 
detectores de nivel colocados en el mismo punto. Sólo pararemos la bomba 
cuando al menos dos sensores detecten nivel alto, pero no haremos nada si sólo 
se detecta en uno de ellos. Esto evita paradas innecesarias en el caso de fallo del 
instrumento de campo o fallo de la entrada del PLC. 
4-CPU redundante y E/S redundantes y/o lógica 2 de 3. 
La diferencia con el caso anterior son las E/S redundantes que utilizaremos para 
cierto grupo de E/S buscando su «alta disponibilidad». No todos los fabricantes 
permiten este tipo de arquitectura. No es una arquitectura habitual pues es cara 
aunque hay aplicaciones críticas que lo exigen. 
 
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TERJETAS DE E/S 
La selección de los Módulos de Entradas/Salidas debe basarse principalmente en 
los requerimientos técnicos, por un lado, y por otro en el coste económico, pero no 
sólo del hardware, sino de la solución completa que estamos diseñando. 
a)-Módulos de entradas digitales 
Lo habitual es utilizar módulos de 24 VDC y no hay muchos casos que justifiquen 
utilizar otra tensión en las entradas digitales. 
Las señales digitales o discretas se comportan como interruptores binarios, 
produciendo sólo una señal de On u Off (1 o 0, Verdadero o Falso, 
respectivamente). Botones, Interruptores de límite y sensores fotoeléctricos son 
ejemplos de dispositivos que proporcionan una señal discreta. Las señales 
discretas son enviadas usando la tensión o corriente, en un rango específico. 
b)-Módulos de salidas digitales 
La tensión de salida más utilizada es 24 VDC, pero nos podemos encontrar con 
requerimientos técnicos que aconsejen otro valor como por ejemplo 120VAC / 240 
VAC / 125 VDC. Por otro lado, hay que tener en cuenta cuáles son las tensiones 
especificadas para los elementos de campo como los solenoides, las lámparas, 
los CCM’s, etc. y si hay relés intermedios o no. 
 Las salidas digitales por relé tienen una capacidad de maniobras y una vida 
útil de los contactos limitada. 
 Las ventajas principales de las salidas por relé son dos: i) El rango de 
tensiones de salida que permite el contacto del relé es grande, ii) No hay 
corrientes de fuga en estado OFF, es decir el aislamiento eléctrico es total. 
 Las salidas por transistor son las más utilizadas en DC y con más variedad 
de tipos de módulos. Permiten velocidades de conmutación elevadas y son 
las adecuadas para diseños en zonas ATEX. 
 Las salidas por triac son las adecuadas para aplicaciones de muchas 
maniobras en AC. Uno de los inconvenientes del triac es la corriente de 
fugas en estado OFF que debe ser siempre menor que la corriente mínima 
de mantenimiento de la carga. 
c)- Entradas / Salidas redundantes 
El concepto de redundancia es amplio y debe analizarse despacio. Existen varios 
tipos de arquitecturas redundantes (TMR, QMR, etc.,) cada una con sus ventajas e 
inconvenientes. Por otro lado, hay que distinguir entre la redundancia para 
aumentar la seguridad y la redundancia para aumentar la disponibilidad. 
Aunque las buenas prácticas de diseño aconsejan utilizar controladores 
redundantes y fuentes de alimentación redundantes siempre que tengamos E/S 
 
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redundantes, esto no siempre es posible por un problema de coste. Es decir,podemos encontrarnos con diseños que utilizan E/S redundantes y con lógica 
2oo3, pero con una única CPU. En ocasiones esto es debido a las limitaciones de 
redundancia de CPU que tiene el modelo de PLC utilizado. 
Otro de los aspectos que debe analizarse es la redundancia de los instrumentos y 
elementos de campo, pues la redundancia de E/S no suele coincidir con la 
redundancia en campo. 
d)- Señales remotas 
Dependiendo de la distribución de instrumentos y equipos en campo puede ser 
interesante utilizar racks remotos de E/S próximos a los elementos de campo. En 
estos casos el objetivo habitual es el de ahorrar cableado. 
e)- E/S de reserva 
El porcentaje de señales de reserva no siempre está definido en la especificación. 
Una buena práctica es mantener este porcentaje entre el 10 y el 20%. 
f)- Señales analógicas 
Las señales analógicas son como controles de volumen, con un rango de valores 
entre cero y escala total. Estos suelen ser interpretados como valores enteros 
(cuentas) por el PLC, con varios rangos de precisión dependiendo del dispositivo y 
el número de bits disponibles para almacenar los datos. 
g)- E/S de propósito específico 
Módulos E/S (en inglés I/O) de propósito específico, tales como módulos de 
temporizador o de contador, pueden ser utilizados cuando el tiempo de ciclo del 
procesador es demasiado largo para recoger de forma fiable las E/S. Por ejemplo, 
los pulsos de un encoder. El relativamente lento PLC podría interpretar los valores 
de contado para controlar una máquina, pero la acumulación de impulsos se 
realiza mediante un módulo específico que no se vio afectado por la velocidad de 
la ejecución del programa. 
Cada máquina o planta es diferente en términos de complejidad y necesidades de 
rendimiento del sistema. Con su amplia gama de controladores SIMATIC, Siemens 
ofrece la solución de control perfecta para cada aplicación. 
El controlador básico SIMATIC S7-1200 para aplicaciones pequeñas y medianas; el 
controlador avanzado SIMATIC S7-1500 para aplicaciones medianas y complejas; 
el controlador distribuido SIMATIC ET 200 para aplicaciones distribuidas, y el 
controlador de software SIMATIC S7-1500 para aplicaciones basadas en PC. Para 
la implementación de aplicaciones a prueba de fallas, todos los controladores 
también están disponibles como versiones a prueba de fallas. 
Ahora pondré algunas fichas técnicas de dichos CPU de PLC de la marca Siemens. 
 
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Controladores básicos: 
S7-1200 
Puede contar con las siguientes CPU’s: 
 1211C que puede contar con: 
o Opción 1: 
 6 Digital Inputs 24V DC 
 4 Digital Outputs 24V DC 
 2 Analogic Inputs 0-10V DC 
o Opción 2: 
 6 Digital Inputs 24V DC 
 4 Digital Outputs para relay 2A DC 
 2 Analogic Inputs 0-10V DC 
 1212C que puede contar con: 
o Opción 1: 
 8 Digital Inputs 24V DC 
 6 Digital Outputs 24V DC 
 2 Analogic Inputs 0-10V DC 
o Opción 2: 
 8 Digital Inputs 24V DC 
 6 Digital Outputs para relay 2A DC 
 2 Analogic Inputs 0-10V DC 
 1214C que puede contar con: 
o Opción 1: 
 14 Digital Inputs 24V DC 
 10 Digital Outputs 24V DC 
 2 Analogic Inputs 0-10V DC 
o Opción 2: 
 14 Digital Inputs 24V DC 
 
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 10 Digital Outputs para relay 2A 
 2 Analogic Inputs 0-10V DC 
 1215C que puede contar con: 
o Opción 1: 
 14 Digital Inputs 24V DC 
 10 Digital Outputs para relay 2A DC 
 2 Analogic Inputs 0-10V DC 
 2 Analogic Outputs 0-20mA DC 
o Opción 2: 
 14 Digital Inputs 24V DC 
 10 Digital Outputs 24 V DC 
 2 Analogic Inputs 0-10V DC 
 2 Analogic Outputs 0-20mA DC 
 1217C que puede contar con: 
o Opción 1: 
 10 Digital Inputs 24V DC 
 4 Digital Inputs RS422/485 
 6 Digital Outputs 24V DC 
 4 Digital Outputs RS422/485 
 2 Analogic Inputs 0-10V DC 
 2 Analogic Outputs 0-20mA 
Controladores avanzados: 
S7-1500 
Puede contar con las siguientes CPU’s: 
 1511C-1 PN que cuenta con: 
o 16 Digital Inputs 
o 16 Digital Outputs 
o 5 Analogic Inputs 
 
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o 2 Analogic Outputs 
 1512C-1 PN 
o 32 Digital Inputs 
o 32 Digital Outputs 
o 5 Analogic Inputs 
o 2 Analogic Outputs 
S7-300 
Puede contar con las siguientes CPU’s: 
 312C que cuenta con: 
o 10 Digital Inputs 
o 6 Digital Outputs 
 313C 
o 24 Digital Inputs 
o 16 Digital Outputs 
o 5 Analogic Inputs (4+1) 
o 2 Analogic Outputs 
 313C-2 
o 16 Digital Inputs 
o 16 Digital Outputs 
 314C-2 
o 24 Digital Inputs 
o 16 Digital Outputs 
o 5 Analogic Inputs 
o 2 Analogic Outputs 
Controladores distribuidos: 
ET200SP 
Puede contar con las siguientes CPU’s: 
 1510SP-1 PN 
 
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 1512SP-1 PN 
ET200S 
Puede contar con las siguientes CPU’s: 
 IM 151-7 
 IM151-8 PN/DP 
 
Conclusiones. 
Dentro del primer párrafo se da a conocer las gamas que se tienen dentro de los 
PLC’s para posteriormente dar a conocer que dependiendo de cada uno es el tipo 
de CPU que tendrá, así como las entradas y salidas que tiene, así como de qué tipo 
son estas, también se ve que incluso dentro del mismo tipo de PLC se tiene 
diferentes opciones a elegir en cuanto a CPU y sus respectivas tarjetas de entradas 
y salidas. 
Los PLC tienen diferentes CPU con distintas especificaciones en cuanto a su 
capacidad, sus diferentes características del procesamiento, también existe tipos 
que van desde los estándares hasta los que tienen propósitos más específicos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Bibliografía. 
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