¿Cómo funciona el PLC?
Una vez que se pone en marcha, el procesador realiza una serie de tareas
según el siguiente orden:
a) Al encender el
procesador ejecuta un auto-chequeo de encendido y bloquea las salidas. A
continuación, si el chequeo ha resultado correcto, el PLC entra en el modo de
operación normal.
b) El siguiente paso lee
el estado de las entradas y las almacena en una zona de la memoria que se llama
tabla de imagen de entradas (hablaremos de ella mas adelante).
c) En base a su programa
de control, el PLC actualiza una zona de la memoria llamada tabla de imagen de
salida.
d) A continuación el
procesador actualiza el estado de las salidas "copiando" hacia los
módulos de salida el estado de la tabla de imagen de salidas (de este modo se
controla el estado de los módulos de salida del PLC, relay, triacs, etc.).
e) Vuelve a ejecutar el
paso b)
Cada ciclo de ejecución se llama ciclo de barrido (scan), el cual
normalmente se divide en:
·
Verificación de las
entradas y salidas
·
Ejecución del programa
Partes de un PLC
Básicamente un controlador logico programable esta construido en forma modular, teniendo usualmente unprocesador central, módulos de entrada/salida (E/S, input / output), fuentes de poder y otros accesorios.
Debido a la estructura modular de los PLC, en general pueden distinguirse en él los siguientes subsistemas:
· Procesador central
· Módulo de E/S
· Interfaz con el operador y otros periféricos
· Comunicaciones
Procesador central
Es la unidad central del proceso del sistema. En la actualidad casi todos los PLC usan varias CPU para dividir el trabajo de entrada/salida, procesamiento, solución de lógica y comunicaciones. Con esto se logra facilidad para desarrollar programas, como también una mejor ejecución de funciones de control y manipulación de información.
Entre los componentes que conforman el procesador se pueden señalar:
· Modulo de procesador
· Modulo de memoria
· Modulo de registros
· Modulo de control de sistemas
· Control de E/S
· Fuente de poder
· Control de comunicaciones
PARTES QUE INTEGRAN UN PLC
ESTRUCTURA DEL PLC
Un
Controlador Lógico Programable es un dispositivo usado para controlar. Este
control se realiza sobre la base de una lógica, definida a través de un
programa.
Un controlador lógico programable está
constituido por un conjunto de tarjetas o
circuitos impresos, sobre los cuales están ubicados componentes electrónicos.
El controlador Programable tiene la estructura
típica de muchos sistemas programables, como por ejemplo una microcomputadora. La
estructura básica del hardware de un consolador Programable propiamente dicho
está constituido por:
a. Fuente de alimentación
b. Unidad de procesamiento central (CPU)
c. Módulos de interfaces de entradas/salidas
(E/S)
d. Módulo de memorias
e. Unidad de programación
En algunos casos cuando el trabajo que debe
realizar el controlador es más exigente, se incluyen Módulos Inteligentes.
Tipos de módulos de entrada y salida
Los módulos de entrada o salida son las
tarjetas electrónicas que proporcionan el vínculo entre la CPU del controlador
programable y los dispositivos de campo del sistema. A través de ellas se
origina el intercambio de información, ya sea con la finalidad de adquirir de
datos, o para el mando o control de las máquinas presentes en el proceso.
Los dispositivos de campo de entrada más
utilizados son: los interruptores, los finales de carrera, termostatos,
pulsadores, sensores de temperatura, entre otros.
Los dispositivos de campo de salida más
utilizados son: los contactores principales, las lámparas indicadoras y los
reguladores de velocidad.
Los módulos de entrada, transforman las
señales de entrada a niveles permitidos por la CPU. Mediante el uso de un
acoplador óptico, los módulos de entrada aíslan eléctricamente el interior de
los circuitos, protegiéndolo contra tensiones peligrosamente altas, los ruidos
eléctricos y señales parásitas. Finalmente, filtran las señales procedentes de
los diferentes sensores ubicados en las máquinas.
Los módulos de salida, permiten que la tensión
llegue a los dispositivos de salida. Con el uso del acoplador óptico y con un
relé de impulso, se asegura el aislamiento de los circuitos electrónicos del
controlador, y se transmiten las órdenes hacia los actuadores de mando.
Tipos de
módulos de entrada y salida
Debido a que existen una gran variedad de
dispositivos exteriores (sensores y actuadores), encontramos diferentes tipos
de módulos de entrada y salida, cada uno de los cuales sirve para manejar
cierto tipo de señal (discreto o análogo) a determinado valor de tensión o
corriente en DC o AC.
Módulos De
Entrada Discreta
Estas tarjetas electrónicas se usan como
enlace o interfaces entre los dispositivos externos, denominados también
sensores, y la CPU del PLC.
Estos sensores son los encargados de leer los
datos del sistema, que para este caso sólo son del tipo discreto, además,
tienen la característica de comunicar los dos estados lógicos: activado o
desactivado, o lo que es lo mismo, permitir el paso o no de la señal digital (1
ó 0). Los sensores pueden ser de tipo manual (pulsadores, conmutadores,
selectores, etc.) o del tipo automático (finales de carrera, detectores de
proximidad inductivos o capacitivos, interruptores de nivel, etc.)
En la figura siguiente, se presentan los
circuitos eléctricos equivalentes y elementales de los módulos de entrada
discreta para DC y AC respectivamente. Ambos tipos de interface tienen el mismo
principio, a diferencia que los de alterna incluyen una etapa previa de
rectificación.
Módulos de
entrada discreta de la familia Simatic-S5 (Cortesía de Siemens):
Módulos De Salida Discreta
Al igual que los módulos de entrada discreta,
estos módulos se usan como interface entre la CPU del controlador programable y
los dispositivos externos (actuadores), en la que sólo es necesario
transmitirle dos estados lógicos, activado o desactivado. Los actuadores que se
conectan a estas interfaces pueden ser: contactores, relés, lámparas
indicadoras, electroválvulas, desplayes, anunciadores, etc.
Módulos De Salida Discreta Tipo Transistor
Su principio de funcionamiento es a base de
transistores, lo que significa una constitución íntegramente en estado sólido
con características para trabajar en corriente continua (DC) de larga vida útil
y con bajo nivel de corriente.
Circuito equivalente de una interface de
salida discreta en DC (Tipo transistor)
Módulos De
Salida Discreta Tipo Triac
Estas interfaces funcionan mediante la
conmutación de un Triac, son igualmente en estado sólido y se usan para manejar
señales en corriente alterna.
Módulos De
Salida Discreta Tipo Relé
Estos módulos a diferencia de los anteriores,
están compuestos por dispositivos electrónicos y un micro relé electromagnético
de conmutación. Su campo de acción le permite trabajar en AC y DC y con
diferentes niveles de tensión, con la ventaja de manejar corrientes más
elevadas pero con el inconveniente de una corta vida útil debido al desgaste de
la parte móvil de los contactos.
Durante su funcionamiento estos módulos se
caracterizan respecto a los de estado sólido, por el reconocible sonido de los contactos
de conmutación que emiten los micro- relés.
Módulos De
Entrada Analógica
Los módulos de entrada analógica son tarjetas
electrónicas que tienen como función, digitalizar las señales analógicas para
que puedan ser procesadas por la CPU. Estas señales analógicas que varían
continuamente, pueden ser magnitudes de temperaturas, presiones, tensiones,
corrientes, etc.
A estos módulos, según su diseño, se les puede
conectar un número determinado de sensores analógicos. A estos terminales de
conexión (2), se les conoce como canales. Existen tarjetas de 4, 8, 16 y 32
canales de entrada analógica.
Es importante señalar, que cualquier magnitud
analógica que se desea procesar a través de los módulos de entradas analógicas,
tiene que estar representada por una señal de tensión, corriente o resistencia;
este trabajo es realizado por el mismo sensor o a través de un transductor
(dispositivo que transforma cualquier parámetro físico, químico y biológico en
una magnitud eléctrica).
Estos módulos se distinguen por el tipo de
señal que reciben, pudiendo ser de tensión (mV) o de corriente (mA) los que se
encuentran dentro de ciertos rangos estandarizados. Los más difundidos son:
Señal de corriente: 0-20 mA, 4-20 mA, ±10 mA
Señal de tensión: 0-10V, 0-5V, 0-2V, ±10V
La ventaja de trabajar con señales de
corriente y no con señales de tensión, radica en que no se presentan los
problemas del ruido eléctrico y de caída de tensión.
Módulos De
Salida Analógica
Estos módulos son usados cuando se desea
transmitir hacia los actuadores análogos señales de tensión o de corriente que
varían continuamente.
Su principio de funcionamiento puede
considerarse como un proceso inverso al de los módulos de entrada analógica.
Las señales analógicas de salida son de dos
tipos, señales de corriente y señales de tensión. Dentro de los valores
estandarizados tenemos:
Señal de corriente: 0-20mA, 4-20mA, ± 20 mA
Señal de tensión: 0-10V, ± 10V
Dispositivo de Programación o Terminal de un PLC
Se trata de un elemento que aparentemente es
complementario pero se emplea con mucha frecuencia en la operación de un PLC,
ya que es un dispositivo por medio del cual se van accesando las instrucciones
que componen al programa de usuario que realiza las acciones de control
industrial. Algunos PLC están equipados
con un dispositivo de programación que físicamente tiene el aspecto de una
calculadora, y en su teclado se encuentran todos los símbolos que se emplean
para la elaboración de un programa de control, además cuenta también con una
pantalla de cristal líquido en el que se exhibe gráficamente la representación
de la tecla que fue oprimida.
Normalmente el dispositivo programador se
encuentra dedicado exclusivamente a la tarea de generar los comandos e
introducirlos al PLC (acto de programar), este elemento por obvias razones es
construido por la misma compañía que fabrica el PLC, por lo cual tiene que ser
el adecuado y poseer toda la capacidad de comunicar al usuario con el PLC.
El dispositivo programador requiere de un
cable por medio del cual se envían las instrucciones del programa a la memoria
de usuario del PLC, el cable que casi todos los fabricantes de PLC emplean
conduce los datos en una comunicación serial.
De acuerdo con la evolución que día con día se
va obteniendo en el ramo de la electrónica, se genero otra manera de programar
un PLC de forma más versátil, y es por medio del empleo de una computadora de
escritorio o portátil, la cual necesariamente debe de contar en una de sus
ranuras de expansión con una tarjeta de interfaz de comunicación. A través de un cable de comunicación serial
se interconecta la tarjeta de interfaz con el microcontrolador del PLC, y por medio de un software especial
que a la vez resulta amigable al usuario se va escribiendo el programa de
control, para su posterior interpretación y envío al PLC.
El empleo de una computadora personal cada vez
cobra más auge ya que es muy fácil realizar la programación de un PLC, y en la
actualidad no solo se genera el programa sino que también se puede simular
antes de que se descargue el programa en la memoria del PLC, fomentando con
esto una mayor productividad y un mejor desempeño al prácticamente eliminar los
posibles errores tanto de sintaxis como el error lógico.
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