Componentes Esenciales y Funcionamiento del Autómata Programable (PLC)

Introducción al Autómata Programable (PLC)

Un autómata programable (PLC) es un dispositivo electrónico diseñado para el tratamiento de variables eléctricas, tanto analógicas como digitales. Dispone de una memoria interna para almacenar el programa de control y lo ejecuta mediante su Unidad Central de Procesamiento (CPU), con la finalidad de controlar un proceso o máquina de forma automática.

1. Unidad Central de Procesamiento (CPU)

La CPU es el cerebro del PLC. Sus funciones principales son:

• Interpretación de Instrucciones: Interpreta el código de instrucciones que le envía el programador en forma de programa a través de un periférico (como un PC). Es crucial que el programa esté correctamente compilado para su ejecución.
• Gestión de Entradas y Salidas: Lee el estado de las entradas (analógicas o digitales) y envía la información a las salidas (analógicas o digitales), actuando así sobre el proceso.
• Tiempo de Ciclo (SCAN): El tiempo que tarda en realizar este ciclo completo se denomina tiempo de SCAN. Este tiempo no debe superar los 100 ms, ya que la CPU trabaja en tiempo real para garantizar una respuesta rápida y eficiente del sistema.

2. Memorias del PLC

Las memorias del PLC son fundamentales para almacenar las instrucciones del programa, datos, estados internos y los estados de las entradas y salidas. La capacidad de la memoria se mide comúnmente en K, donde 1 K equivale a 1024 posiciones.

2.1. Memoria RAM (Random Access Memory)

La memoria RAM permite tanto la lectura como la escritura de datos. Sin embargo, es una memoria volátil, lo que significa que necesita alimentación constante (generalmente de una pila o batería) para retener su contenido en caso de una interrupción del suministro eléctrico principal del PLC.

2.2. Memoria ROM (Read Only Memory)

La memoria ROM es de solo lectura, lo que implica que su contenido no puede ser modificado durante el funcionamiento normal del PLC. Para su programación inicial o regrabación, se necesita un grabador de memorias específico, a menudo utilizando rayos ultravioleta.

2.3. Memoria EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)

La memoria EEPROM combina características de la RAM y la ROM. Permite la lectura y escritura de datos, pero a diferencia de la RAM, no necesita alimentación constante para retener su contenido, lo que la hace ideal para almacenar programas y datos que deben persistir ante cortes de energía.

3. Fuente de Alimentación

La fuente de alimentación tiene como misión principal convertir la corriente alterna (CA) de la red eléctrica en corriente continua (CC). Esta CC, típicamente a 24V, es utilizada para alimentar todos los dispositivos electrónicos internos del PLC y, en muchos casos, también los sensores y actuadores externos.

4. Módulo de Entradas

El módulo de entradas es el encargado de digitalizar las variables eléctricas procedentes de los captadores del proceso. Estos captadores pueden ser:

• Finales de carrera
• Pulsadores
• Sensores de proximidad
• Detectores de nivel, temperatura, etc.

Los captadores digitales pueden ser pasivos o activos, dependiendo de su conexionado eléctrico, y se pueden polarizar positiva o negativamente según el diseño del circuito.

5. Módulo de Salidas

El módulo de salidas es el responsable de convertir las señales internas del PLC en acciones físicas sobre el proceso.

5.1. Salidas Digitales

Las salidas digitales convierten los valores binarios (0 o 1) de la variable de salida del PLC en un contacto abierto o cerrado (mediante un relé) o en un estado de conducción o corte (mediante un transistor PNP o NPN en saturación o corte). Estas salidas se utilizan para activar o desactivar elementos como contactores, luces piloto, electroválvulas, etc.

5.2. Salidas Analógicas

Las salidas analógicas convierten los valores hexadecimales (por ejemplo, de 000 a FFF) de la variable de salida del PLC en un rango de tensión (comúnmente 0-10V) o de corriente (típicamente 4-20 mA). Estas salidas son empleadas para controlar dispositivos que requieren una variación continua, como variadores de frecuencia, válvulas proporcionales o actuadores con control de posición.

6. Tipos de Autómatas Programables

Existen dos tipos principales de autómatas programables, clasificados según su estructura física:

• Compactos: Integran la CPU, la memoria y un número fijo de módulos de entradas y salidas en una única unidad. Son ideales para aplicaciones pequeñas y medianas con requisitos de E/S predefinidos.
• Modulares: Permiten añadir o quitar módulos de E/S, comunicación o funciones especiales según las necesidades específicas del proceso. Ofrecen mayor flexibilidad y escalabilidad para aplicaciones complejas.

7. Instrucciones Básicas de Programación (Ejemplos)

La programación de un PLC se realiza mediante un conjunto de instrucciones lógicas. Algunas de las instrucciones fundamentales incluyen:

• LD (Load): Cargar un valor o el estado de una entrada.
• OUT (Output): Activar o desactivar una salida.
• AND (Y lógico): Realiza una operación lógica "Y" entre dos o más condiciones.
• OR (O lógico): Realiza una operación lógica "O" entre dos o más condiciones.
• NOT (NO lógico): Invierte el estado lógico de una condición.