Funcionamiento y Estructura de los Autómatas Programables PLCs

Principios de un sistema automático

• Bucle abierto: La salida no interactúa con la entrada; el sistema actúa bajo una instrucción fija. No dispone de sensores para retroalimentación.
• Bucle cerrado: Incorpora sensores, finales de carrera, entre otros. El sistema comparte la salida con la entrada y ajusta el comportamiento en tiempo real.

Autómatas Programables (PLCs): Definición

Un Controlador Lógico Programable (PLC) o Autómata Programable es toda máquina electrónica diseñada para controlar, en tiempo real y en el medio industrial, diversos procesos secuenciales.

Campos de aplicación

Se utilizan para realizar procesos de maniobra, control y señalización en espacios reducidos, especialmente cuando el proceso de producción es periódicamente cambiante.

Tipos de procesos

• Procesos secuenciales: Poseen memoria y no actúan únicamente según la entrada actual, sino que siguen una secuencia temporal determinada.
• Procesos combinacionales: La decisión es inmediata; no poseen memoria y no depende de eventos pasados.

Son ideales para maquinaria de procesos variables, instalaciones de procesos complejos y amplios, así como para el chequeo de programación centralizada de las distintas partes de un proceso.

Ventajas e inconvenientes de los PLCs

Ventajas

• Menor tiempo de elaboración de proyectos:
  • No es necesario dibujar complejos esquemas de contactos.
  • Simplifica las ecuaciones lógicas y posee una gran capacidad de almacenamiento.
  • Lista de materiales reducida.
• Permite realizar modificaciones sin cambiar el cableado ni añadir aparatos adicionales.
• Ocupa un mínimo espacio.
• Menor coste en la mano de obra de instalación.
• Economía de mantenimiento: El sistema detecta e indica las averías de forma automática.
• Capacidad para gobernar varias máquinas con el mismo autómata.
• Menor tiempo requerido para la puesta en funcionamiento.
• Si una máquina queda fuera de servicio, el autómata puede ser utilizado en otra máquina o sistema.

Inconvenientes

• Se requiere de un programador especializado.
• Existe un costo inicial que puede ser elevado o no, dependiendo de las características específicas del autómata.

Estructura de los autómatas programables

Estructura externa

Estructura compacta

Todos los elementos se encuentran en un solo bloque. La unidad de programación puede ser fija o enchufable directamente. El autómata puede conectarse mediante cable, conector o ambas opciones.

Estructura modular

• Americana: Se separan las Entradas/Salidas (E/S) del autómata. Existe un bloque para la CPU, la memoria de usuario y la fuente de alimentación, mientras que las E/S se ubican en bloques o tarjetas separadas.
• Europea: Existe un módulo para cada función específica. La unidad de programación se conecta mediante cable o conector.

Estructura interna

• Entradas: Actúan como interfaz; adaptan y codifican de forma comprensible para la CPU las señales de los dispositivos de entrada y captadores. Protegen los circuitos electrónicos mediante separación eléctrica.
• CPU: Es la inteligencia del sistema. Se encarga de la interpretación de las instrucciones del programa y, basándose en el valor de las entradas, activa las salidas.
• Salidas: Interfaz inversa a las entradas; decodifica las señales de la CPU, las amplifica y las envía a los dispositivos de salida o actuadores.
• Unidad de alimentación: Fuente de energía que adapta tensiones (ej. 220V y 50Hz a 24Vcc).
• Unidad de programación: Herramienta mediante la cual se introducen las instrucciones para que la CPU elabore las salidas en función de las entradas.
• Periféricos: Elementos auxiliares independientes al autómata.
• Interfaces: Circuitos electrónicos que permiten la conexión a la CPU de los elementos periféricos.
• Bus: Medio de comunicación por donde se transmiten los datos o la información.
• Maestro: Dispositivo que vuelca información en el Bus.
• Esclavos: Dispositivos que "escuchan" y obedecen las instrucciones que viajan por el Bus.

Unidad Central de Proceso (CPU)

La CPU es la encargada de ejecutar el programa y activar las entradas y salidas. Tiene la misión de controlar la comunicación con periféricos externos. Está formada por microprocesadores, memoria y circuitos lógicos complementarios. El microprocesador se considera el cerebro de la CPU.

Los bloques fundamentales de la CPU son:

• ALU (Unidad Aritmético Lógica)
• Acumulador
• Flags (Banderas de estado)
• Controlador de programa
• Decodificadores de instrucciones y secuenciadores
• Programa ROM

Unidades de Entradas y Salidas (E/S)

Entradas

Se caracterizan físicamente por poseer bornes para acoplar dispositivos o captadores, con su respectiva numeración e identificación (INPUTS).

Tipos de señales que reciben:

• Analógica: Representa una medida (presión, temperatura, velocidad, etc.). Suelen tener una resolución de 12 bits en aplicaciones de alta precisión.
• Digitales: Son las más utilizadas. Funcionan como una señal de "todo o nada" (presencia o ausencia de tensión). Ejemplos: finales de carrera, interruptores, pulsadores.

Salidas

Poseen una identificación similar a las entradas (OUTPUTS). En ellas se conectan los actuadores. Pueden ser analógicas o digitales. En el caso de las analógicas, es necesario un convertidor digital-analógico (D/A), realizando la función inversa a las entradas.

Tipos de salidas según su tecnología:

• Relé: Para actuadores de Corriente Alterna (CA) o Corriente Continua (CC), aunque se usan normalmente en CA.
• Triac: Específicas para actuadores de Corriente Alterna (CA).
• Transistor: Diseñadas para actuadores de Corriente Continua (CC).