Automatizacion Con PLC
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PLCs Pgina 1 Curso 2009/10
TEMA 1: AUTOMATIZACIN CON PLCs
1. AUTOMATIZACIN DE PROCESOS.
Automatizacin de procesos Objetivo de la automatizacin Lgica programada frente a cableada
2. GENERALIDADES SOBRE PLCs.
3. AUTMATAS PROGRAMABLES DE SIEMENS.
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PLCs Pgina 2 Curso 2009/10
1. AUTOMATIZACIN DE PROCESOS
Automatizacin Dotacin a la fase de produccin de un sistema de control, potencia y comunicacin, que realice el trabajo y que pueda ser gobernado por el operador mediante un sistema de mando
Qu es un automatismo?
Todo dispositivo fsico (elctrico, electrnico, neumtico, hidrulico, etc.), capaz de controlar el funcionamiento de una mquina o proceso
Libera al hombre de operaciones peligrosas, pesadas o rutinarias.
El elemento de control
ejecuta el programa lgico interno, reacciona ante la informacin recibida por captadores actuando sobre los accionamientos de la instalacin.
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PLCs Pgina 3 Curso 2009/10
OBJETIVO DE LA AUTOMATIZACIN
Tecnologas de automatizacin
Lgica Cableada
Lgica Programada
Funciones bsicas de la automatizacin de una mquina o instalacin Disminuir costes: humanos, energticos, materiales, etc. Mejorar la calidad del producto acabado, calidad constante Evitar tareas de difcil control manual: peligrosas, complejas o rpidas Informacin en tiempo real del proceso Aumentar la produccin y flexibilidad de las mquinas (adaptacin al mercado) Facilitar la deteccin de averas y su reparacin
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PLCs Pgina 4 Curso 2009/10
AUTOMATISMOS CABLEADOS
En qu consiste?
Automatismo realizado mediante el cableado de los elementos que intervienen: sensores, actuadores, rels, contactores
Inconvenientes:
Ocupa mucho espacio
Poca flexibilidad para modificaciones, mejoras, etc.
Problemas de mantenimiento, localizacin y correccin de averas.
Difcil implantacin de algoritmos que no sean derivados del lgebra de Boole
Tipo de control: on/off
Los elementos de control en automatismos cableados (Hard Wired Control) son: a) contactores y b) rels
Para una buena instalacin se requiere contar con: a) habilidad b) planos de conexiones
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PLCs Pgina 5 Curso 2009/10
AUTOMATISMOS PROGRAMADOS (1/2)
En qu consiste?
Incorporacin de controladores programables al entorno industrial.
Ventajas:
Simplificacin en la elaboracin de proyectos. No planos de contactos (cableada)
Facilidad en la introduccin de modificaciones: cambios en programa. No sustitucin de cables ni elementos activos (rels)
Instalacin cmoda y sencilla. Minimizacin de espacio
Mantenimiento rpido y sencillo: herramientas software de diagnstico y reparacin
Capacidad de control multiproceso
Documentacin inmediata de aplicaciones
Inconvenientes:
Personal tcnico para instalacin y programacin
Coste elevado en aplicaciones de pequea envergadura
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PLCs Pgina 6 Curso 2009/10
AUTOMATISMOS PROGRAMADOS. EJEMPLOS (2/2)
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PLCs Pgina 7 Curso 2009/10
TEMA 1: AUTOMATIZACIN CON PLCs
1. AUTOMATIZACIN DE PROCESOS
2. GENERALIDADES SOBRE PLCs.
Qu es un autmata programable? Revisin histrica. Generalidades y estructura de un PLC Cmo trabaja un PLC? Descripcin de los elementos de un PLC. Lenguajes de programacin
3. AUTMATAS PROGRAMABLES DE SIEMENS.
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PLCs Pgina 8 Curso 2009/10
QU ES UN PLC AUTMATA PROGRAMABLE 1/2
Programmable Logic Controller
Dispositivo electrnico programable, en lenguaje especfico, diseado para controlar, en tiempo real y en un medio industrial, procesos secuenciales.
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PLCs Pgina 9 Curso 2009/10
EJEMPLO DE APLICACIN INDUSTRIAL DE PLCs
Elementos hardware Elementos software
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PLCs Pgina 10 Curso 2009/10
REVISIN HISTRICA
1968: Procesador cableado sustituye a rels. Dcada de los setenta
Incorporacin de elementos hombre-mquina. Manipulaciones de datos Operaciones aritmticas Comunicaciones (ordenador) Incremento de memoria E/S remotas Desarrollo de comunicaciones con dispositivos
Dcada de los ochenta: - Avance de la tecnologa P
Alta velocidad de respuesta, ms lenguajes Reduccin de dimensiones Mdulos inteligentes, autodiagnstico Dcada de los noventa:
Buses de campo abiertos Utilizacin de tecnologa de ordenador: PCMCIA /ETHERNET Plug & Play / Easy to use
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PLCs Pgina 11 Curso 2009/10
GENERALIDADES PLCs
Criterios de seleccin: - Nmero de E/S a controlar
- Capacidad de la memoria de programa - Potencia de las instrucciones - Posibilidad de conexin de perifricos, mdulos especiales y comunicaciones.
Clasificacin PLC por tipo de formato
COMPACTOS: Suelen integrar en el mismo bloque la alimentacin, entradas y salidas y/o la CPU. Se expanden conectndose a otros con parecidas caractersticas. Ejem: S7-200
MODULARES: Estn compuestos por mdulos o tarjetas conectadas a rack con funciones definidas: CPU, fuente de alimentacin, mdulos de E/S, etc Ejem: S7-300
La expansin se realiza mediante conexin entre racks.
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PLCs Pgina 12 Curso 2009/10
ESTRUCTURA DE UN AUTMATA PROGRAMABLE
Bloques principales de un PLC:
CPU
Perifricos: dispositivos de interfaz con entorno
Buses: internos y externos, interconexin entre CPU y perifricos
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PLCs Pgina 13 Curso 2009/10
CMO TRABAJA UN PLC?
Tratamiento secuencial de la informacin Ciclo bsico de trabajo
Durante la ejecucin del programa el PLC ignora la evolucin del proceso externo
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PLCs Pgina 14 Curso 2009/10
CMO TRABAJA UN PLC?
CICLO DE SCAN Conjunto de tareas, adems de programa de usuario, que el
automata lleva a cabo cuando est controlando un proceso.
TAREAS COMUNES: (SUPERVISION GENERAL) ACEPTACION DE ENTRADAS Y ACTUACION SOBRE
SALIDAS EJECUCION DE LAS INSTRUCCIONES SERVICIO A PERIFERICOS
TIEMPO DE RESPUESTA Tiempo necesario para llevar a cabo las distintas operaciones de control
de un proceso externo. El tiempo de respuesta de un sistema (activacin de una seal de salida en relacin a una entrada) viene determinado por:
TIEMPO DE SCAN DE LA CPU TIEMPO DE ON/OFF DE LOS MODULOS DE E/S
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PLCs Pgina 15 Curso 2009/10
ELEMENTOS CPU: MEMORIA
La memoria del PLC se encuentra dividida en varias reas,
AREA DE SISTEMA OPERATIVO: El fabricante graba programa de comportamiento PLC ROM, no voltil
AREA DE PROGRAMA: El usuario graba el programa a ejecutar por el PLC RAM con batera, EPROM EEPROM
AREA DE DATOS: Este rea es usada para almacenar valores o para
obtener informacin sobre el estado del PLC. RAM
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PLCs Pgina 16 Curso 2009/10
ELEMENTOS PLC: MDULOS DE ENTRADA / SALIDA
Clasificacin Tarjetas Entrada / Salida
Aislamiento galvnico - No: conexin directa - Si: acoplamiento ptico
Seales Tipo Analgicas / Digitales Excitacin Tensin / Corriente
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PLCs Pgina 17 Curso 2009/10
ELEMENTOS PLC: MDULOS DE ENTRADA
Ejemplo de entrada a PLC Funciones mdulos Entrada:
Recogida de informacin
Adaptacin niveles de seal
Filtrado de ruido
Separacin galvnica entre circuitos Lgicos y de Potencia
Visualizacin estado entradas
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PLCs Pgina 18 Curso 2009/10
ELEMENTOS PLC: MDULOS DE SALIDA
Ejemplo de salida de PLC Funciones mdulos Salida:
Activacin actuadores
Aislamiento galvnico y Proteccin circuitos internos
Amplificacin de seal
Visualizacin estado salidas
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PLCs Pgina 19 Curso 2009/10
LENGUAJES DE PROGRAMACIN
Qu es un programa ?
Conjunto de instrucciones que ejecuta un dispositivo, con lgica programada, para controlar un proceso determinado.
Partes de una instruccin
ORDEN OPERANDO.....OPERANDO
Qu es un lenguaje de programacin ?
Conjunto de smbolos, expresiones literales o combinaciones de ambas, a partir del cual se desarrolla un programa comprensible por el PLC.
Tipos de lenguajes
Grficos
De contactos
De funciones
Literales
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PLCs Pgina 20 Curso 2009/10
LENGUAJES DE PROGRAMACIN. EJEMPLOS
Lenguaje de contactos: a) Siemens KOP, LAD- b) Omron ladder-
Lenguaje de funciones
Siemens FUP, FBD- Omron logigrama-
Lenguaje literal:
a) Siemens AWL, SCL- b) Omron nemnico-
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PLCs Pgina 21 Curso 2009/10
TEMA 1: AUTOMATIZACIN CON PLCs
1. AUTOMATIZACIN DE PROCESOS.
2. GENERALIDADES SOBRE PLCs.
3. AUTMATAS PROGRAMABLES DE SIEMENS.
Automatizacin Integrada SIMATIC Del problema de automatizacin al ejecutable final Cmo trabaja un SIMATIC S7? Del sensor a la variable Plataforma bsica SIMATIC S7 S7-200 S7-300 CPU 314-IFM
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PLCs Pgina 22 Curso 2009/10
AUTOMATIZACIN INTEGRADA EN SIEMENS
Totally Integrated Automation (TIA) es una estrategia desarrollada por Siemens para ofrecer una solucin integrada de diferentes productos para la automatizacin de procesos:
Autmata programable Control numrico Interfaz hombre-mquina (HMI) Driver para motor Red con protocolo abierto
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PLCs Pgina 23 Curso 2009/10
SIMATIC
Qus es? Conjunto de componentes hardware y software coordinados de Siemens, para:
Administracin del sistema Transmisin de datos
Componentes de Simatic
S7 familia de autmatas S7-200, S7-300, S7-400 M7 mdulos de clculo compatibles con PC-AT C7 unidades compactas para control de mquinas (display+teclado) Win AC software que simula el comportamiento de autmata en PC DP mdulos de E/S distribuidas que conectan al PLC en red profibus HMI elementos para operacin de usuario y monitorizacin variables NET red que permite la interconexin de elementos Simatic
STEP 7 software bsico y pieza clave del concepto Autom. Integr.
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PLCs Pgina 24 Curso 2009/10
DEL PROBLEMA DE AUTOMATIZACIN AL EJECUTABLE FINAL (1/3)
Para dar solucin al problema de automatizacin se han de resolver tres cuestiones
Dimensionamiento del PLC Lenguaje de programacin Organizacin del programa
Eleccin del hardware en funcin de:
Nmero de E/S
Tamao del programa de usuario
Tiempo de respuesta
Volumen de datos
Control centralizado o distribuido
Alternativas en Simatic 7:
S7-200 versin micro
S7-300 versin mini, modular
S7-400 versin avanzada
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PLCs Pgina 25 Curso 2009/10 Curso 2009/10
ST-200. CPU 215
ST-300. CPU 314 IFM
ST-400. CPU 414 1
Tiempo de ejecucin de 1k instrucciones binarias.
Memoria para prog.
E/S Digitales Mximas
Interfaces comunicacin integradas.
COMPARATIVA ENTRE FAMILIAS SIMATIC 7
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PLCs Pgina 26 Curso 2009/10
DEL PROBLEMA DE AUTOMATIZACIN AL EJECUTABLE FINAL (2/3)
Eleccin del lenguaje de programacin:
Para procesamiento de seales binarias LAD Ladder Logic -KOP- FBD Functional Block Diagram -FUP-
Para complejidad media de variables y direccionamientos STL Statement List -AWL-
Lenguaje de alto nivel, para programas complejos y extensos SCL Structurated Control Language -SCL-
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PLCs Pgina 27 Curso 2009/10
DEL PROBLEMA DE AUTOMATIZACIN AL EJECUTABLE FINAL (3/3)
Fases para obtencin de ejecutable final:
Edicin off-line del programa (setp7 en PC). Guardar resultado.
Carga en memoria de usuario de CPU de autmata
Evaluacin, diagnosis y ajuste de variables on-line (conexin PC PLC)
Salvar ejecutable final en EPROM PLC
Pautas generales:
Aconsejable dividir programa en bloques (subrutinas)
- Orientados al proceso a controlar: taladrado, cinta transportadora, etc
- Orientados a funcin PLC: sealizacin, comunicacin, modo operacin
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PLCs Pgina 28 Curso 2009/10
Planificacin de solucin de automatizacin
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PLCs Pgina 29 Curso 2009/10
Ejemplo: planteamiento del problema
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PLCs Pgina 30 Curso 2009/10
Ejemplo: configuracin de la solucin
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PLCs Pgina 31 Curso 2009/10
CMO TRABAJA UN AUTMATA DE LA FAMILIA S7?
PLC opera secuencialmente con todas las E/S en paralelo.
Procesamiento cclico slo alterado por interrupciones: hardware y/o programadas
Procesamiento cclico incluso si no hay entradas excitadas
Modo de inicio: CPU procesa el sistema operativo Inicia programa de usuario
Modo ejecucin Procesamiento cclico
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PLCs Pgina 32 Curso 2009/10
RELACIN ENTRE SEAL BINARIA (SENSOR) Y VARIABLE DEL PROGRAMA (PLC) -1/3-
1) Las seales externas se conectan a terminales concretos de los mdulos E/S, que llevan asociada una direccin
La direccin del mdulo:
Est fijada por el slot del rack en el que se ha instalado el mdulo
Se configura con la herramienta Hardware configuration de Step7
Los mdulos E/S tambin pueden ser direccionados en el programa a nivel de byte
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PLCs Pgina 33 Curso 2009/10
RELACIN ENTRE SEAL BINARIA (SENSOR) Y VARIABLE DEL PROGRAMA (PLC) -2/3-
2) Fases de la ejecucin cclica:
Las seales del mdulo de entrada se copian en un rea de memoria de la CPU: PAE tabla imagen de entradas del proceso
Las variables de salida se guardan en otra en otra zona de memoria de la CPU: PAA tabla imagen de salidas del proceso:
Por ltimo, las variables de la PAA se copian en el correspondiente mdulo de salida.
El programa de usuario recibe como entrada la informacin de la PAE.
Durante el ciclo de Scan, los cambios de seal aplicados al mdulo de entrada no se atienden
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PLCs Pgina 34 Curso 2009/10
RELACIN ENTRE SEAL BINARIA (SENSOR) Y VARIABLE DEL PROGRAMA (PLC) -3/3-
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PLCs Pgina 35 Curso 2009/10
PLATAFORMA HARDWARE SIMATIC (1/2)
El soporte hardware para el programador de soluciones de automatizacin con PLCs de Siemens es:
Dispositivo de programacin PG especial Siemens- o PC propsito general-
Autmata con puerto MPI multi port interface, protocolo RS-485
Cable de conexin Para PC, cable PC/PPI Point to Point Interface, RS-232/RS-485
DIP switches para seleccionar velocidad transfer (baud rate)
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PLCs Pgina 36 Curso 2009/10
PLATAFORMA HARDWARE SIMATIC (2/2)
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PLCs Pgina 37 Curso 2009/10 Curso 2009/10
Potencimetro"
Salidas"
Entradas" Indicadores de estado"para DI/DO integradas"
Conexin PPI"
Selector de Modo"Memory Card"
Indicadores "de Estado"
ESTACIN S7-200
CPU S7-200
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PLCs Pgina 38 Curso 2009/10
ESTACIN S7-300
Los elementos que componen una estacin S7-300 de Simatic son:
Rack de montaje (bastidor)
PS alimentacin 24V DC
CPU
IM interfaz de conexin con racks
SM mdulo de adaptacin de seales
FM mdulo de funcin (controla procesos independientemente de CPU)
CP mdulo de comunicaciones (profibus y ethernet)
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PLCs Pgina 39 Curso 2009/10 Curso 2009/10
CPU
CPU
COMPONENTES DE AUTMATA S7-300
PS (opcional
IM (opcional)
SM: DI
)
SM: DO
SM: AI
SM: AO
Mdulos de E/S
FM: - Contaje - Posicionamiento - Control en Lazo Cerrado
CP: - Punto-a-Punto - PROFIBUS - Ethernet Industrial
Mdulos de comunicaciones
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PLCs Pgina 40 Curso 2009/10 Curso 2009/10
BASTIDOR Y ELEMENTOS DE AUTMATA S7-300
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PLCs Pgina 41 Curso 2009/10 Curso 2009/10
EJEMPLO DE CONEXIN ESTACIONES SIMATIC
CPU PS IM E/S E/S E/S
BASTIDOR 1
Autmata 1
CPU PS IM E/S E/S E/S
BASTIDOR 2
Autmata 2
E/S
E/S
PC
Autmata 3
Autmata 4
Bus de comunicaciones
?
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PLCs Pgina 42 Curso 2009/10 Curso 2009/10
1) PS (Fuente de Alimentacin):
Genera 24VDC a partir de 120/230VAC.
Distintos modelos en funcin del amperaje.
ELEMENTOS DE LA ESTACIN SIMATIC S7-300 (1/4)
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PLCs Pgina 43 Curso 2009/10 Curso 2009/10
2) CPU Es el ncleo del PLC. El programa se ejecuta y guarda en ella. Algunas CPUs poseen incorporado E/S (p.e. 314 IFM).
ELEMENTOS DE LA ESTACIN SIMATIC S7-300 (2/4)
Slo en 314 IFM 6ES7 314-5AE10-0AB0
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PLCs Pgina 44 Curso 2009/10 Curso 2009/10
ELEMENTOS DE LA ESTACIN SIMATIC S7-300 (3/4)
STOP para el programa RUN programa puede ser ledo on-line RUN-P programa puede ser ledo y modificado on-line MRES reset de inicializacin
SF
BATF
DC5V
FRCE
RUN
STOP
CPU en RUN"
CPU en STOP"
A limentacin DC 5V"
Fallo batera"
Fallo sistema System Fault"
Forzar variables"
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PLCs Pgina 45 Curso 2009/10 Curso 2009/10
ELEMENTOS DE LA ESTACIN SIMATIC S7-300
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PLCs Pgina 46 Curso 2009/10 Curso 2009/10
3) MDULOS E/S Admite tanto seales analgicas como digitales. Errores de cableado pueden destruir la unidad E/S
ELEMENTOS DE LA ESTACIN SIMATIC S7-300 (4/4)
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PLCs Pgina 47 Curso 2009/10 Curso 2009/10
BIT Longitud = 1 BIT Estado "1" or "0"
BYTE Longitud = 8 BITS
PALABRA Longitud = 16 BITS
DOBLE PALABRA Longitud = 32 BITS
0 1 2 3 4 5 6 7
0 1 2 3 4 5 6 7
0 1 2 3 4 5 6 7
0 1 2 3 4 5 6 7
0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7
BIT, BYTE, PALABRA, DOBLE PALABRA
TAMAO DE DATOS E/S
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PLCs Pgina 48 Curso 2009/10 Curso 2009/10
CPU 312 IFM"6 kbyte"
SIEMENS
CPU 313"12 kbyte"
CPU 314"24 kbyte"CPU 314 IFM"32 kbyte"
SIEMENS SIEMENS
CPU 315"48 kbyte"CPU 315-2 DP"64 kbyte"
SIEMENS
CPU 316-2 DP"128 kbyte"
CPU 318-2 DP"512 kbyte"
SIEMENS
SIEMENS SIEMENS
SIEMENS
GAMA DE CPUs S7-300
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PLCs Pgina 49 Curso 2009/10 Curso 2009/10
ENTRADAS SALIDAS INTEGRADAS EN CPU 314 IFM
Entradas y Salidas Integradas en CPU 314IFM
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PLCs Pgina 50 Curso 2009/10 Curso 2009/10
CIRCUITO BSICO DE E/S ANALGICAS Y ESPECIALES
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PLCs Pgina 51 Curso 2009/10 Curso 2009/10
CIRCUITO BSICO DE E/S DIGITALES
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PLCs Pgina 52 Curso 2009/10 Curso 2009/10
CUESTIONES ACERCA DEL 314-IFM ?
1) Mnimo tiempo activa la seal de interrupcin 126.3
2) Mxima frecuencia de seal aplicable a entrada126.1
3) Nivel de tensin proporcionado por salida analgica PAW128
3) Nivel de corriente proporcionado por salida analgica PAW128