ES2869937T3 - Sistema PLC - Google Patents

Abstract

Un controlador lógico programable, PLC, el sistema (30) que comprende: un módulo de energía (304) configurado para suministrar energía; y un módulo de CPU (306), en donde el módulo de CPU (306) incluye: una unidad de microcontrolador, MCU, (310); una unidad de memoria (318) configurada para hacer una copia de seguridad de los datos de usuario almacenados en la MCU (310) cuando se interrumpe la energía suministrada desde el módulo de energía (304); y un capacitor (308) configurado para que se cargue por el módulo de energía (304) y suministre energía acumulada a la unidad de memoria (318) cuando se interrumpe el suministro de energía desde el módulo de energía a la MCU (310); caracterizado por que el sistema PLC comprende además: una unidad de resistencia variable (314) conectada entre el módulo de energía (304) y el capacitor (308); y una unidad de conmutación (316) configurada para conectar alternativamente el módulo de energía (304) o el capacitor (308) a la unidad de memoria (318) en dependencia de un estado de energía que se suministre desde el módulo de energía (304), en donde cuando el módulo de energía (304) se recupera para reanudar el suministro de energía durante una operación de copia de seguridad de la unidad de memoria (318), la unidad de conmutación (316) se configura para conectar el módulo de energía (304) a la MCU (310) y la unidad de memoria (318) sólo después de que finalice la operación de copia de seguridad de la unidad de memoria (318).

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema PLC

Antecedentes

1. Campo Técnico

La presente descripción se refiere a un sistema de controlador lógico programable (PLC) y, más particularmente, a un sistema PLC configurado para realizar una copia de seguridad de los datos del usuario a través de un suministro de energía auxiliar cuando se interrumpe el suministro de energía de un módulo de energía.

2. Descripción de la Técnica Relacionada

Anteriormente, los sistemas de fábrica se operaban mediante máquinas o aparatos de control individual. Sin embargo, la industria moderna se vuelve cada vez más complicada y diversificada, por lo que dichos sistemas deben cambiarse en consecuencia. Para soportar sistemas complicados y operar con seguridad las instalaciones principales, se requieren aparatos adicionales. Como uno de estos aparatos, se ha desarrollado un sistema PLC para controlar líneas directamente en sitios industriales.

El PLC es un dispositivo electrónico configurado para usar una memoria programable y controlar varios tipos de máquinas o procesadores con el fin de realizar funciones especiales como lógica, secuenciación, temporización, conteo, cálculo, etc., a través de un módulo de entrada/salida digital o analógica.

El PLC suele ser el controlador más fundamental junto con la automatización de la industria y es un sistema comúnmente usado para la automatización de instalaciones en una fábrica, un edificio o similar. En su etapa inicial, el sistema PLC realizaba cálculos simples y básicos. Hoy en día, el sistema PLC no solo realiza cálculos de aplicaciones complicados, sino que también forma una red industrial, satisfaciendo de esta manera diversas demandas en los campos.

Como se muestra en la Figura 1, un sistema PLC convencional 10 incluye una única base 102, un módulo de energía 104, un módulo de CPU 106, un módulo de comunicaciones 108, un módulo de E/S 110 y otros módulos 112. La base 102 puede generalmente montar sobre ella el módulo 104 de energía individual y el módulo de CPU 106. Además, la base 102 puede montar en ella el módulo de comunicaciones 108, el módulo de E/S 110 y los otros módulos 112 dentro de un intervalo de espacio donde la base puede permitir que se monten. Además, la base 102 única puede montarse en el mismo módulo de energía 104 único, lo que significa que el número de módulos montados en las bases 102 está limitado en dependencia de la energía que se puede suministrar desde el módulo de energía 104.

Los documentos US2009/125156 A1, WO2011/099117 A1 y US2010/146333 A1 dan a conocer ejemplos de sistemas PLC convencionales alimentados por módulos de energía de respaldo cuando hay una interrupción en un suministro de energía de un módulo de energía principal.

La Figura 2 ilustra una configuración de un módulo de CPU incluido en el sistema PLC convencional.

El módulo de CPU 106 incluido en el sistema PLC convencional se alimenta con la energía del módulo de energía para la operación. Una MCU (unidad de microcontrolador) 208 incluida en el módulo de CPU 106 realiza funciones de control en otro módulo, así como también varias funciones de cálculo, y realiza funciones de gestión de datos de usuario. Tales funciones pueden ser realizadas por la energía suministrada desde el módulo de energía 104, de manera que el suministro de energía desde el módulo de energía 104 puede interrumpirse si ocurre una anomalía en el módulo de energía 104.

Cuando se interrumpe el suministro de energía desde el módulo de energía 104, la MCU 208 controla una unidad de conmutación 204 para sustituir un suministro de energía auxiliar 202 como fuente de suministro de energía. En consecuencia, la MCU 208 y una SRAM 206 se alimentan con la energía acumulada en el suministro de energía auxiliar 202. La MCU 208 realiza una operación de copia de seguridad de los datos de usuario almacenados en la MCU 208 a la SRAM 206.

Por cierto, de acuerdo con la tecnología convencional como se muestra en la Figura 2, normalmente se emplea una batería secundaria, como una batería de iones de litio, como suministro de energía auxiliar 202. Sin embargo, una batería secundaria de este tipo tiene el problema de que su período de tiempo de carga es largo y su vida útil es corta.

Además, mientras que en la tecnología convencional como se muestra en la Figura 2, se usa una memoria de baja velocidad como una SRAM, se requiere una mayor energía para el funcionamiento de la memoria cuando se usa una memoria de alta velocidad como una memoria flash. Sin embargo, la batería secundaria, como la batería de iones de litio, tiene el problema de que es difícil proporcionar a la memoria de alta velocidad suficiente energía para la operación debido a la limitación de la capacidad.

Además, es probable que la batería secundaria explote en el curso de la repetición de una carga y una descarga de la misma.

Resumen

Es un aspecto de la presente descripción proporcionar un sistema PLC como se define en la reivindicación 1 capaz de suministrar mucha más energía mientras reduce el período de tiempo de carga de un suministro de energía auxiliar para suministrar energía con urgencia cuando ocurre una anomalía en un módulo de energía del sistema PLC.

Otro aspecto de la presente descripción es proporcionar un sistema PLC que tenga un suministro de energía auxiliar capaz de reducir la posibilidad de accidente que pueda ser causado por una explosión, mientras que tiene una vida útil más larga.

Otro aspecto más de la presente descripción es proporcionar un sistema de PLC capaz de realizar copias de seguridad de datos de forma más rápida y segura cuando la copia de seguridad de los datos deba realizarse debido a la aparición de anomalías en un módulo de energía del sistema de PLC.

Otros objetivos de la presente descripción no se limitan al objeto descrito anteriormente y otros objetivos y ventajas se pueden apreciar mediante la siguiente descripción descrita con referencia a las modalidades de la presente descripción. Además, se apreciará fácilmente que los objetos y ventajas de la presente descripción se pueden realizar mediante los medios y sus combinaciones enumerados en las reivindicaciones adjuntas.

De acuerdo con un aspecto de la presente descripción, un sistema PLC operado al recibir energía de un módulo de energía incluye una unidad de memoria configurada para hacer una copia de seguridad de los datos de usuario almacenados en una MCU cuando se interrumpe el suministro de energía del módulo de energía, un capacitor configurado para que se cargue por el módulo de energía y suministrar energía acumulada a la unidad de memoria cuando se interrumpe la energía del módulo de energía a la MCU, una unidad de resistencia variable conectada entre el módulo de energía y el capacitor, y una unidad de conmutación configurada para conectar alternativamente ya sea el módulo de energía o el capacitor a la unidad de memoria en dependencia de un estado de energía que se suministre desde el módulo de energía. En el sistema PLC, se restringe otra operación distinta a la carga del capacitor hasta que se completa la carga del capacitor.

De acuerdo con una modalidad de la presente descripción, la resistencia de la unidad de resistencia variable puede determinarse de manera flexible en dependencia de la capacidad del módulo de energía.

Además, el sistema PLC de acuerdo con una modalidad de la presente descripción puede incluir además una unidad de transformación de tensión configurada para acoplarse entre el capacitor y la unidad de conmutación y transformar una tensión de la energía suministrada desde el capacitor en la correspondiente a una tensión necesaria para la unidad de memoria.

Además, de acuerdo con una modalidad de la presente descripción, la unidad de conmutación puede acoplar el módulo de energía y la unidad de memoria solo cuando finaliza la copia de seguridad, incluso en un estado en el que se reanuda el suministro de energía desde el módulo de energía al permitir a la unidad conmutación que acople el capacitor a la unidad de memoria.

De acuerdo con la presente descripción como se describió anteriormente, existe la ventaja de que puede suministrar mucha más energía al tiempo que reduce el período de tiempo de carga de un suministro de energía auxiliar para suministrar energía con urgencia cuando se produce una anomalía en un módulo de alimentación del sistema PLC.

De acuerdo con la presente descripción, existe otra ventaja de que un suministro de energía auxiliar del sistema PLC de acuerdo con la presente descripción puede reducir la posibilidad de accidente que puede ser causado debido a la explosión, mientras que tiene una vida útil más larga.

De acuerdo con la presente descripción, existe aún otra ventaja de que puede realizar copias de seguridad de datos de manera más rápida y segura cuando la copia de seguridad de datos debe realizarse debido a la aparición de anomalías en un módulo de energía del sistema PLC.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 ilustra una configuración de un sistema PLC convencional;

La Figura 2 ilustra una configuración de un módulo de CPU incluido en el sistema PLC convencional; y

La Figura 3 ilustra una configuración de un módulo de CPU incluido en un sistema de PLC de acuerdo con una modalidad de la presente descripción.

Descripción detallada

Los objetos, características y ventajas anteriores se harán evidentes a partir de la descripción detallada con referencia a los dibujos adjuntos. Las modalidades se describen con suficiente detalle para permitir a los expertos en la técnica poner en práctica fácilmente la idea técnica de la presente descripción. Las descripciones detalladas de funciones o configuraciones bien conocidas pueden omitirse para no oscurecer innecesariamente la esencia de la presente descripción. En lo sucesivo, las modalidades de la presente descripción se describirán en detalle con referencia a los dibujos acompañantes. A lo largo de los dibujos, numerales de referencia similares se refieren a elementos similares.

La Figura 3 ilustra una configuración de un módulo de CPU incluido en un sistema de PLC de acuerdo con una modalidad de la presente descripción.

Refiriéndose a la Figura 3, un sistema PLC 30 de acuerdo con una modalidad de la presente descripción incluye una base 302 y un módulo de energía 304 y un módulo de CPU 306, que están montados en la base 302. Como referencia, la base 302 puede montar adicionalmente en la misma otro módulo tal como un módulo de comunicaciones o un módulo de E/S además del módulo de energía 304 y el módulo de CPU 306.

El módulo de energía 304 genera energía y suministra la energía generada al módulo de CPU 306. El módulo de energía 304 puede tener una capacidad diferente en dependencia de su tipo.

El módulo de CPU 306 se alimenta con la energía del módulo de energía 304 para la operación. El módulo de CPU 306 incluye una MCU 310 y una unidad de memoria 318. La MCU 310 realiza varias funciones de cálculo necesarias para el funcionamiento del sistema PLC 30 y funciones de control para otro módulo, y también realiza cualquier función de gestión de los datos de usuario.

La unidad de memoria 318 sirve para almacenar en ella varios datos necesarios para las operaciones del sistema PLC 30. En particular, cuando se interrumpe el suministro de energía desde el módulo de energía 304 debido a la ocurrencia de una anomalía en el módulo de energía 304, los datos de usuario pueden respaldarse en la unidad de memoria 318 bajo el control de la MCU 310.

Aunque la unidad de memoria 318 se muestra en la Figura 3 como una memoria flash a modo de ejemplo, el tipo de unidad de memoria 318 no está necesariamente limitado a la misma. La presente descripción puede realizar rápidamente la función de copia de seguridad en comparación con la memoria de baja velocidad, como la SRAM convencional, mediante el uso de la memoria de alta velocidad, como la memoria flash. Sin embargo, en el caso de usar la memoria de alta velocidad como en la presente descripción, el consumo de energía aumenta en comparación con el caso de usar la memoria de baja velocidad. Por tanto, como se describe más abajo, la presente descripción emplea un capacitor, por ejemplo, un ultracapacitor 308, que puede proporcionar mucha energía en comparación con la batería secundaria convencional.

Volviendo a la Figura 3, el módulo de CPU 306 incluye el ultracapacitor 308. El ultracapacitor 308 está acoplado al módulo de energía 304 y acumula en él la energía suministrada desde el módulo de energía 304 por medio de la operación de carga. Cuando se interrumpe el suministro de energía desde el módulo de energía 304 debido a la ocurrencia de una anomalía en el módulo de energía 304, el ultracapacitor 308 puede suministrar la energía acumulada a la MCU 310 y la unidad de memoria 318.

Mientras tanto, una unidad de resistencia variable 314 puede acoplarse entre el ultracapacitor 308 y el módulo de energía 304. Cuando se carga el ultracapacitor 308, se suministra instantáneamente una gran corriente desde el módulo de energía 304 al ultracapacitor 308. Por lo tanto, la cantidad de corriente que fluye hacia el ultracapacitor 308 puede ajustarse a través de la unidad de resistencia variable 314 acoplada entre el ultracapacitor 308 y el módulo de energía 304.

Dado que el módulo de energía 304 tiene una capacidad diferente en dependencia de su tipo como se mencionó anteriormente, la resistencia de la unidad de resistencia variable 314 puede determinarse de manera flexible en dependencia de la capacidad del módulo de energía 304. En consecuencia, si la capacidad del módulo de energía 304 es grande, entonces es posible permitir que fluya mucha más corriente desde el módulo de energía 304 al ultracapacitor 308 cambiando la resistencia de la unidad de resistencia variable 314 para que sea más pequeña. Además, si la capacidad del módulo de energía 304 es menor, entonces es posible permitir que fluya relativamente menos corriente desde el módulo de energía 304 al ultracapacitor 308 cambiando la resistencia de la unidad de resistencia variable 314 para que sea mayor. Por tanto, la carga del ultracapacitor 308 puede realizarse más rápidamente de acuerdo con el cambio en la resistencia de la unidad de resistencia variable 314 y es posible evitar que la sobrecorriente que exceda la capacidad del módulo de energía fluya hacia el mismo.

Por ejemplo, como se muestra en la Figura 3, la unidad de resistencia variable 314 puede incluir dos resistencias y la resistencia de la unidad de resistencia variable 314 puede cambiarse acoplando alternativamente a cualquiera de las dos resistencias en dependencia de la capacidad del módulo de energía 304. Aunque solo se muestran dos resistencias en la Figura 3 para ser incluidas en la unidad de resistencia variable 314, el número de resistencias en la misma puede variar de acuerdo con las modalidades.

Volviendo a la Figura 3, el módulo de CPU 306 incluye una unidad de conmutación 316. La unidad de conmutación 316 acopla alternativamente el módulo de energía 304 o el ultracapacitor 308 a la MCU 310 y/o la unidad de memoria 318 en dependencia del estado de alimentación que se está suministrando desde el módulo de energía 304. Por ejemplo, cuando el módulo de energía 304 funciona normalmente, la unidad de conmutación 316 acopla la MCU 310 y la unidad de memoria 318 a un terminal A, permitiendo de esta manera que el módulo de suministro 304 suministre energía a la MCU 310 y la unidad de memoria 318. Por el contrario, cuando se produce la anomalía en el módulo de energía 304, la unidad de conmutación 316 acopla la MCU 310 y la unidad de memoria 318 a un terminal B; permitiendo de esta manera que el ultracapacitor 308 suministre energía a la MCU 310 y la unidad de memoria 318.

Volviendo a la Figura 3, el módulo de CPU 306 puede incluir además una unidad de transformación de tensión 312. La unidad de transformación de tensión 312 está acoplada entre el ultracapacitor 308 y la unidad de conmutación 316. La unidad de transformación de tensión 312 sirve para transformar una tensión suministrada desde el ultracapacitor 308 para que corresponder a la necesaria para la MCU 310 o la unidad de memoria 318. Por ejemplo, si la tensión necesaria para la operación de la unidad de memoria 318 es de 5 V y la tensión de salida del ultracapacitor 308 es de 3 V, entonces la unidad de transformación de tensión 312 aumenta la tensión de salida del ultracapacitor 308 a ser de 5 V y luego suministra la tensión aumentada a la unidad de memoria 318.

A continuación, el procedimiento de los procesos de operación del sistema PLC 30 de acuerdo con una modalidad de la presente descripción se describirá con referencia a la Figura 3.

En una modalidad de la presente descripción, en primer lugar se realiza un proceso de carga del ultracapacitor 308 para suministrar energía en caso de corte de energía. La MCU 310 recibe información sobre una relación de carga actual del ultracapacitor 308 desde el ultracapacitor 308. Si la relación de carga del ultracapacitor 308 está por debajo de una relación de carga de referencia preestablecida, entonces la MCU 310 realiza preferentemente una carga del ultracapacitor 308 mientras restringe las operaciones de otro módulo incluido en el sistema PLC 30. En este momento, las funciones básicas, por ejemplo, una operación de iluminación o inicialización de LED, esencialmente necesarias para el sistema PLC 30, pueden realizarse excepcionalmente según sea necesario junto con la operación de carga del ultracapacitor 308 sin consumir energía significativamente.

Para cargar el ultracapacitor 308, la MCU 310 envía una señal de conmutación a la unidad de conmutación 316 para la liberación de la conexión. La unidad de conmutación 316 que ha recibido la señal de conmutación no se acopla ni al terminal A ni al terminal B. En consecuencia, el módulo de energía 304 proporciona la energía sólo al ultracapacitor 308.

Como tal, de acuerdo con la presente descripción, las operaciones normales de otro módulo están restringidas hasta que se completa la carga del ultracapacitor 308. Por lo tanto, el suministro de energía, es decir, la carga, desde el módulo de energía 304 al ultracapacitor 308 debe completarse rápidamente lo antes posible. De acuerdo con la presente descripción, para cargar rápidamente el ultracapacitor 308 tan pronto como sea posible, la unidad de resistencia variable 314 puede acoplarse entre el módulo de energía 304 y el ultracapacitor 308, como en la Figura 3.

En una modalidad de la presente descripción, el módulo de energía 304 puede proporcionar información sobre su capacidad de suministro de energía a la MCU 310. La MCU 310 puede decidir la resistencia de la unidad de resistencia variable 314 en dependencia de la capacidad del suministro de energía del módulo de energía 304. Si la capacidad del módulo de energía 304 es grande, entonces la MCU 310 puede permitir que fluya mucha más corriente desde el módulo de energía 304 al ultracapacitor 308 cambiando la resistencia de la unidad de resistencia variable 314 para que sea más pequeña. Además, si la capacidad del módulo de energía 304 es menor, entonces la MCU 310 puede permitir que fluya relativamente menos corriente desde el módulo de energía 304 al ultracapacitor 308 cambiando la resistencia de la unidad de resistencia variable 314 para que sea mayor. Por tanto, la carga del ultracapacitor 308 puede realizarse más rápidamente de acuerdo con el cambio en la resistencia de la unidad de resistencia variable 314 y es posible evitar que la sobrecorriente que exceda la capacidad del módulo de energía fluya hacia el mismo.

Cuando se completa la carga del ultracapacitor 308, el ultracapacitor 308 envía una señal de finalización de carga a la MCU 310. La MCU 310 que ha recibido la señal de finalización de carga envía una señal de conmutación a la unidad de conmutación 316 para el inicio de la conexión. De acuerdo con esto, la unidad de conmutación 316 cambia un terminal de conexión al terminal A para suspender el suministro de energía para la carga del ultracapacitor 308, y el módulo de energía 304 suministra energía al módulo de CPU 306.

Cuando, posteriormente, el suministro de energía se vuelve imposible debido a la ocurrencia de la anormalidad en el módulo de energía 304, el módulo de energía 304 envía una señal de alarma a la MCU 310 de que la anormalidad ha ocurrido durante el suministro de energía. La MCU 310 que ha recibido la señal de alarma envía una señal de conmutación a la unidad de conmutación 316 para la conmutación entre los terminales de conexión. La unidad de conmutación 316 que ha recibido la señal de conmutación cambia el terminal de conexión del terminal de conexión A al terminal de conexión B. En consecuencia, la MCU 310 y la unidad de memoria 318 pueden recibir la energía del ultracapacitor 308. En este momento, puede haber una diferencia entre la tensión necesaria para la MCU 310 y la unidad de memoria 318 y la tensión suministrada desde el ultracapacitor 308. En consecuencia, la unidad de transformación de tensión 312 puede transformar la tensión suministrada desde el ultracapacitor 308 para que corresponder a la necesaria para la MCU 310 y la unidad de memoria 318.

La MCU 310 que ha recibido la señal de alarma del módulo de energía 304 realiza una operación de copia de seguridad de los datos de usuario almacenados en la MCU 310 en la unidad de memoria 318. Tal operación de copia de seguridad se puede realizar mediante el uso de la energía suministrada por el ultracapacitor 308.

Mientras tanto, durante la realización de la operación de copia de seguridad, el módulo de energía 304 puede recuperarse para reanudar el suministro de energía. En este caso, la MCU 310 envía una señal de conmutación a la unidad de conmutación 316 solo después de que finaliza la copia de seguridad de los datos del usuario y luego acopla el módulo de energía 304 a la MCU 310 y la unidad de memoria 318. En otras palabras, de acuerdo con la presente descripción, aunque el módulo de energía 304 normalmente se recupera en medio de la realización de la copia de seguridad en un estado en el que el ultracapacitor 308 sirve como fuente de suministro de energía debido al corte de energía, el ultracapacitor 308 continúa sirviendo como fuente de suministro de energía tal como está, sin cambiar la fuente de suministro de energía al módulo de energía 304 por el bien de la seguridad de la operación de copia de seguridad, hasta que finalice la copia de seguridad. Esta operación puede evitar la posibilidad de pérdida de datos que puede deberse al reemplazo del suministro de energía.

El sistema PLC de acuerdo con otra modalidad de la presente descripción incluye un módulo de CPU impulsado por la energía suministrada desde el módulo de energía, en donde el módulo de CPU incluye una MCU configurada para realizar funciones de cálculo y control, una unidad de memoria configurada para almacenar en ella varios datos relevantes. a las operaciones, y un capacitor acoplado al módulo de energía. El capacitor es cargado por el módulo de energía y suministra energía a la unidad de memoria cuando se interrumpe el suministro de energía del módulo de energía. De esta manera, aunque el suministro de energía desde el módulo de energía se interrumpa repentinamente, la unidad de memoria puede ser impulsada por la energía suministrada desde el capacitor, evitando de esta manera la pérdida de datos.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES

   Un controlador lógico programable, PLC, el sistema (30) que comprende:

   un módulo de energía (304) configurado para suministrar energía; y

   un módulo de CPU (306), en donde el módulo de CPU (306) incluye:

   una unidad de microcontrolador, MCU, (310);

   una unidad de memoria (318) configurada para hacer una copia de seguridad de los datos de usuario almacenados en la MCU (310) cuando se interrumpe la energía suministrada desde el módulo de energía (304); y

   un capacitor (308) configurado para que se cargue por el módulo de energía (304) y suministre energía acumulada a la unidad de memoria (318) cuando se interrumpe el suministro de energía desde el módulo de energía a la MCU (310);

   caracterizado por

   que el sistema PLC comprende además:

   una unidad de resistencia variable (314) conectada entre el módulo de energía (304) y el capacitor (308); y una unidad de conmutación (316) configurada para conectar alternativamente el módulo de energía (304) o el capacitor (308) a la unidad de memoria (318) en dependencia de un estado de energía que se suministre desde el módulo de energía (304),

   en donde cuando el módulo de energía (304) se recupera para reanudar el suministro de energía durante una operación de copia de seguridad de la unidad de memoria (318), la unidad de conmutación (316) se configura para conectar el módulo de energía (304) a la MCU (310) y la unidad de memoria (318) sólo después de que finalice la operación de copia de seguridad de la unidad de memoria (318).

   El sistema PLC (30) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde una resistencia de la unidad de resistencia variable (314) se determina de manera flexible en dependencia de la capacidad del módulo de energía (304).

   El sistema PLC (30) de acuerdo con una cualquiera de la reivindicación 1 a la reivindicación 2, que comprende además:

   una unidad de transformación de tensión (312) configurada para acoplarse entre el capacitor (308) y la unidad de conmutación (316) y transformar una tensión suministrada desde el capacitor en la correspondiente a una tensión necesaria para la unidad de memoria (318).