Fundamentos y Funcionamiento de los Autómatas Programables (PLC): Estructura y Aplicaciones Industriales

Introducción a los Autómatas Programables (PLC)

Un autómata programable (PLC) es un sistema electrónico programable que utiliza una memoria programable para el almacenamiento interno de instrucciones orientadas al usuario. Su objetivo es implementar soluciones específicas, tales como funciones lógicas, secuencias, temporización y recuento, controlando procesos mediante entradas y salidas digitales.

Un autómata programable industrial (API) es un equipo electrónico de control con un cableado interno independiente del proceso a controlar. Se adapta a este mediante un programa específico que contiene la secuencia de operaciones a realizar.

Clasificación de los Autómatas Programables

Los PLCs se clasifican generalmente por su capacidad de entradas/salidas (I/O):

• Gama Baja: Hasta un máximo de 128 entradas/salidas.
• Gama Media: Entre 128 y 512 entradas/salidas.
• Gama Alta: Más de 512 entradas/salidas.

Bloques Funcionales de un PLC

Los componentes principales que conforman un PLC son:

La CPU (Unidad Central de Procesamiento)

La CPU es el cerebro del PLC y realiza las siguientes funciones:

• Consulta el estado de las entradas.
• Recoge la secuencia de instrucciones que hay que ejecutar.
• Elabora las salidas a partir de la información anterior.
• Activa temporizadores y contadores.

El programa almacenado en la memoria ROM de la CPU realiza tareas esenciales como:

• Supervisión y control (watchdog).
• Autotest de conexión.
• Ciclo de exploración (scan cycle).
• Comunicación con periféricos.

Buses

Los buses son las señales eléctricas por donde viajan las señales entre los módulos de un PLC. Se distinguen varios tipos:

• Bus de Direcciones: Conecta la CPU y la interfaz de I/O.
• Bus de Datos: Transporta los datos de la CPU a las I/O y viceversa.
• Bus de Control: Permite a la CPU controlar los bloques de memoria.

Fuente de Alimentación

Aporta la tensión necesaria para el funcionamiento de los circuitos del PLC. La alimentación interna/externa se diseña para minimizar los efectos electromagnéticos.

Estructura Externa de un PLC

Un PLC puede presentarse en una única caja que se programa mediante una consola de programación o un PC. Su estructura es modular y puede ser de dos tipos principales:

• Estructura Europea: Cada componente (CPU, módulos de I/O, fuente de alimentación) tiene una caja independiente.
• Estructura Americana: La CPU y la memoria se encuentran en una única caja, mientras que las interfaces de I/O están en unidades separadas.

Configuración del Sistema de Entradas/Salidas (I/O)

La comunicación entre los módulos de I/O y la CPU puede configurarse de diferentes maneras:

• Centralizada: La comunicación se efectúa mediante el bus interno del PLC.
• Distribuida: La comunicación se realiza mediante módulos auxiliares, permitiendo mayor flexibilidad y distancia.

Según la conexión entre la CPU y los módulos de I/O, existen varias topologías:

• Topología en Bus: Un único bus conecta la CPU y los módulos. Los procesadores de enlace permiten la conexión de los bastidores y las interfaces de comunicaciones facilitan expansiones.
• Topología en Estrella: En el bastidor debe haber tantos procesadores de enlace como ramas tenga la estrella. Si la alimentación de una rama falla, el resto del sistema sigue funcionando.
• Topología Estrella-Bus: Combina ambas. En el bastidor debe haber tantos procesadores de enlace como ramas tenga la estrella, y cada rama puede estar formada por varias unidades conectadas por bus.

Ciclo Scan (Ciclo de Exploración)

Un autómata funciona mediante un proceso cíclico. Este ciclo implica leer las señales de entrada, ejecutar el programa de usuario y escribir las salidas. El tiempo para realizar estas tareas es el ciclo scan, que debe ser lo menor posible para una respuesta rápida del sistema.

Watchdog (Temporizador de Vigilancia)

El watchdog es un temporizador interno que define el tiempo máximo permitido para completar un ciclo scan. Si el PLC excede este tiempo máximo, el autómata pasa al estado de "stop" para evitar comportamientos erráticos. Se reinicia al comienzo de cada ciclo scan.

Autochequeo y Diagnóstico

El autochequeo diagnostica el estado del software y hardware conectado al PLC. Puede ser de dos tipos:

• Inicial: Se realiza al encender el PLC (almacenado en memoria ROM). Comprueba la CPU, la memoria, las interfaces y la batería, y después inicializa contadores y temporizadores.
• Cíclico: Se repite en cada ciclo scan. Comprueba la memoria interna, la memoria de programa y el bus interno para detectar posibles fallos durante la operación.