¿Qué es el escaneo de entradas y de salidas?
Cada pasada que hace un PLC por su programa se divide en fases distintas, y dos de ellas tratan puramente con el mundo físico: el escaneo de entradas, donde el controlador lee todas sus entradas, y el escaneo de salidas, donde escribe todas sus salidas. En medio queda la fase de resolución de la lógica, y alrededor de ellas queda el mantenimiento interno. Esta página se enfoca específicamente en cómo y cuándo se actualiza de verdad la E/S física, que es una pregunta más acotada que el ciclo de escaneo completo y la que más a menudo decide si la temporización de campo se comporta como usted espera.
Escaneo de entradas y salidas en una línea: El escaneo de entradas es la fase al inicio de cada ciclo del PLC en la que el controlador lee cada entrada física y la copia a memoria, y el escaneo de salidas es la fase al final en la que escribe los resultados calculados a cada salida física. La lógica se resuelve en medio, así que las entradas se capturan una vez por ciclo y las salidas se aplican una vez por ciclo.
Las cuatro fases en orden
Un escaneo de PLC convencional corre la misma secuencia ordenada una y otra vez. Primero viene el escaneo de entradas: el controlador lee el estado de todos sus módulos de entrada y guarda esos estados en memoria, tomando una sola instantánea coherente del campo. Segundo viene el escaneo del programa, donde la lógica se resuelve desde el inicio del código hasta el final, examinando las entradas capturadas y calculando nuevos estados de salida. Tercero viene el escaneo de salidas, donde el controlador escribe esos estados calculados a los módulos de salida física todos a la vez. Cuarto viene el mantenimiento interno, comunicaciones, diagnósticos y sobrecarga interna, antes de que el ciclo se repita.
El valor de este orden fijo es que la E/S se toca en exactamente dos momentos bien definidos, no de forma continua. Las entradas se leen una vez, al inicio del ciclo, y luego se mantienen estables durante toda la fase de resolución de la lógica. Las salidas se escriben una vez, al final, después de que la lógica se ha asentado por completo. Un programador puede por tanto razonar sobre el programa como si el campo estuviera congelado mientras corre el código, porque en lo que toca a la E/S física, lo está.
Esta estructura es lo que separa la vista de actualización de E/S de un escaneo de la idea más amplia del tiempo de escaneo. El tiempo de escaneo mide cuánto tarda todo el bucle; el escaneo de entradas y el de salidas son las rebanadas específicas de ese bucle donde el controlador y el campo intercambian datos. El resto del tiempo el programa trabaja por completo con copias internas, por lo que entender estas dos fases explica la mayoría de las preguntas de temporización de campo sin necesidad de cronometrar todo el ciclo.
Cuándo llega de verdad una señal al programa y al campo
Como las entradas se leen solo durante el escaneo de entradas, el momento en que una señal llega al programa no es el momento en que cambia en el campo: es el siguiente escaneo de entradas después de ese cambio. Un contacto que cierra justo después de que termina el escaneo de entradas espera, sin ser visto, durante toda la fase de lógica y de salidas, y se captura apenas al inicio del ciclo siguiente. Esta es la consecuencia más importante del escaneo por fases y el origen de la mayor confusión sobre por qué el controlador parece lento para reaccionar a un evento rápido.
El lado de las salidas tiene el comportamiento espejo. Cuando la lógica energiza una bobina, la salida física no se mueve de inmediato; cambia solo cuando corre el escaneo de salidas al final del ciclo. Así, el retraso total desde que una entrada física cambia hasta que la salida física resultante cambia abarca, en el peor caso, casi un escaneo completo de espera para ser leída más un escaneo completo para ser escrita. Para señales de proceso que se mueven en segundos esto es despreciable, pero para cualquier cosa que se acerque a la velocidad de escaneo es el efecto de temporización dominante.
Por esto también una entrada de cambio de estado debe persistir. Si una entrada no se mantiene verdadera lo suficiente para seguir presente cuando el siguiente escaneo de entradas la muestrea, el programa nunca la ve. La regla práctica de que una entrada debe mantenerse al menos un escaneo completo viene directamente de esto: el escaneo de entradas es un evento de muestreo, y cualquier cosa que vive y muere entre dos muestras es invisible. Los diseñadores de entradas rápidas o pulsadas lo sortean con detección de flanco en software o con canales de hardware que evitan por completo la actualización de E/S por fases.
La E/S remota y de RTU en red agrega latencia a ambas fases
La E/S local está en el propio backplane del controlador, así que leer entradas y escribir salidas durante las fases de escaneo es rápido y predecible. La E/S remota cambia el panorama, porque ahora los datos de entrada y salida deben viajar por una red antes de poder leerse o después de escribirse. El escaneo de entradas del controlador puede trabajar con valores que un adaptador de E/S remota reunió un momento antes y reenvió, y el escaneo de salidas escribe valores que luego deben transmitirse a un rack remoto antes de llegar a una terminal física. Cada salto agrega su propio retraso sobre el escaneo del propio controlador.
En sistemas distribuidos de petróleo y gas esto importa, porque un solo controlador puede servir E/S dispersa por un patín o una instalación sobre un bus de campo o una red industrial, y la E/S de RTU telemetrada puede estar aún más lejos sobre enlaces de radio, celular o serial. El valor de campo sobre el que actúa el programa es entonces tan viejo como el intervalo de actualización de la red más la temporización de la fase de escaneo, y la salida que el programa comanda toma ese mismo camino de vuelta. Las fases de lectura y escritura siguen ocurriendo una vez por escaneo en el controlador, pero la latencia real de campo a campo la fija el enlace más lento de la cadena.
Diseñar en torno a esto significa igualar la tasa de actualización de la E/S remota a qué tan rápido necesita moverse de verdad la señal. Las lecturas analógicas lentas y los puntos de estado toleran la latencia agregada sin problema, mientras que cualquier cosa crítica en tiempo se mantiene local al controlador para que quede dentro de los escaneos de entrada y salida rápidos y deterministas del backplane. Confundir una actualización remota pausada con una local es una forma común de construir lógica que reacciona mucho más lento en el campo de lo que parece en el banco, donde todo estaba cableado localmente.
Preguntas frecuentes
¿En qué orden corren las fases de escaneo del PLC?
El controlador corre primero el escaneo de entradas, leyendo todas las entradas físicas a memoria, luego el escaneo del programa, resolviendo la lógica de inicio a fin, luego el escaneo de salidas, escribiendo todos los resultados a las salidas físicas, y por último el mantenimiento interno de comunicaciones y diagnósticos. Esta secuencia ordenada se repite de forma continua. Como la E/S se toca solo en las fases de entrada y salida, el campo queda efectivamente congelado mientras corre la lógica.
¿En qué se diferencia el escaneo de entradas del ciclo de escaneo completo?
El ciclo de escaneo completo es todo el bucle que se repite, y su duración total es el tiempo de escaneo, mientras que el escaneo de entradas es solo la fase dentro de ese bucle donde las entradas físicas se leen a memoria. Del mismo modo, el escaneo de salidas es solo la fase donde las salidas se escriben de vuelta. Enfocarse en el escaneo de entradas y de salidas responde cuándo se actualiza de verdad la E/S de campo, en lugar de cuánto tarda todo el ciclo.
¿La E/S remota cambia cómo funcionan el escaneo de entradas y de salidas?
El controlador sigue haciendo sus escaneos de entrada y salida una vez por ciclo, pero con E/S remota los datos tienen que cruzar una red antes de poder leerse o después de escribirse, lo que agrega latencia. El retraso real de campo a campo se vuelve entonces el intervalo de actualización de la red más la temporización del escaneo. Las señales críticas en tiempo suelen mantenerse en E/S local del backplane para que queden dentro de las fases de escaneo rápidas y deterministas.
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