Fundamentos de PLC y Seguridad Industrial: Ciclo de Scan, Memorias y Protección Ex

Comportamiento de Entradas y Salidas de un PLC en sus Estados Operativos

Un Controlador Lógico Programable (PLC) opera principalmente en dos estados: RUN y STOP.

Estado Operativo: RUN (Ejecución)

Cuando el PLC está en estado RUN, realiza el ciclo de programa de manera continua, siguiendo los siguientes procesos:

1. Operación de autogestión del sistema (diagnóstico interno).
2. Lectura de todas las variables de entrada (estado físico de los sensores).
3. Escritura de los datos leídos en la PAE (Área de Imagen de Entradas).
4. Lectura de la primera instrucción del programa.
5. En caso necesario, lee las variables de salida recogidas en la PAA (Área de Imagen de Salidas).
6. Ejecución de la instrucción, actualizando las variables de salida en la PAA.
7. Repetición de este proceso para todas las instrucciones del programa.

Estado Operativo: STOP (Parada)

Cuando el PLC está en estado STOP, el comportamiento es el siguiente:

• Se realiza una lectura de las entradas y la correspondiente actualización en la memoria de entradas.
• Las salidas permanecen desactivadas (estado seguro).
• Se permite modificar o introducir el programa de usuario en el PLC.

Diferencia entre Tabla de Símbolos y Tabla de Estado de Variables

Tabla de Símbolos

• Permite emplear el direccionamiento simbólico.
• Cada entrada o salida tiene asignado un nombre personalizado por el programador (etiquetas).
• No se carga en el PLC; es una herramienta de programación.

Tabla de Estado de Variables (Watch Table)

• Permite observar cómo se ven afectados los valores del proceso (variables internas, entradas y salidas) a medida que se ejecuta el programa de usuario.
• Su única función es vigilar la actividad de la CPU en tiempo real.
• No se carga en la CPU del PLC; es una herramienta de diagnóstico y monitorización.

Función de la Memoria Interna de Entradas y Salidas (PAE y PAA)

Memoria Interna de Entradas (PAE - Área de Imagen de Entradas)

La memoria interna de entradas (PAE) guarda los cambios de las variables de entrada detectados al inicio del ciclo de programa. El programa de usuario solo lee el estado de la PAE durante la ejecución del ciclo, asegurando la consistencia de los datos de entrada durante ese ciclo.

Memoria Interna de Salidas (PAA - Área de Imagen de Salidas)

La memoria de salidas (PAA) registra los cambios en las variables de salida que se forman durante la ejecución del programa. Estos valores se cargan en el bloque de salidas físicas (actuadores) al final del ciclo de programa.

Explicación del Ciclo de Programa de un PLC (Ejemplo Práctico)

El ciclo de programa (o ciclo de scan) es el proceso repetitivo que realiza el PLC en estado RUN. Utilizaremos el siguiente ejemplo de lógica de escalera (Ladder Diagram):

----| S1 (NA) |--------( Motor )

Donde S1 es un pulsador Normalmente Abierto (NA) conectado a una entrada, y Motor es una salida.

Comportamiento durante la Pulsación

Cuando se pulsa S1, el motor se activará, pero no de forma instantánea, sino al finalizar el ciclo de programa en curso y comenzar el siguiente:

1. Si la pulsación ocurre mientras el PLC está ejecutando un ciclo, el PLC debe esperar a que termine dicho ciclo.
2. Al inicio del siguiente ciclo, el PLC realiza la lectura de entradas y detecta el estado "1" (pulsado) de S1, actualizando la PAE.
3. Durante la fase de ejecución del programa, el PLC lee la lógica, detecta el "1" en la PAE y, por lo tanto, establece la salida del Motor a "1" en la PAA.
4. Al final de ese ciclo, el PLC realiza la escritura de salidas, transmitiendo el estado "1" de la PAA al bloque de salidas físicas, lo que provoca que el motor se active.

Este proceso ilustra la latencia inherente al ciclo de scan: la activación del motor se produce con un retraso equivalente a la duración del ciclo de programa.

Función y Tipos de Relés de Seguridad

Los relés de seguridad son equipos electrónicos diseñados para garantizar la seguridad funcional de una máquina o proceso, siendo inherentemente seguros frente a fallos (averías).

Características Clave

• Disponen de entradas y salidas binarias.
• Incorporan redundancia masiva: la totalidad de sus componentes internos críticos están replicados para evitar fallos únicos.
• Principio de funcionamiento: Cuando la máquina opera correctamente, las entradas de seguridad (conectadas típicamente a través de contactos NC) y todas las salidas están activadas.
• Respuesta a fallos: Cuando una sola de las entradas se desactiva (por ejemplo, al abrirse una puerta de seguridad), todas las salidas de seguridad se desactivan inmediatamente, deteniendo la máquina y llevándola a un estado seguro.
• Algunos modelos incluyen detección de cortocircuitos.

Tipos de Relés de Seguridad

Relés de Seguridad Normales (Monofuncionales)

Sirven para implementar una única función de seguridad (ej. parada de emergencia). Se emplean cuando se requieren una o dos funciones de seguridad.

Relés de Seguridad Programables (Multifuncionales)

Sirven para implementar varias funciones de seguridad simultáneamente. Se emplean cuando se requieren entre 3 y 10 funciones de seguridad.

Función y Tipos de Material Eléctrico Tipo Ex (Atmósferas Explosivas)

Los equipos eléctricos marcados como Tipo Ex (Explosión) son componentes diseñados para garantizar la protección contra la ignición de atmósferas explosivas (gases, vapores o polvos inflamables). Su función es evitar que el equipo se convierta en una fuente de ignición.

Métodos de Protección (Ejemplos)

Ex d: Encapsulado Resistente a la Presión (Flameproof Enclosure)

Los componentes que pueden producir una ignición se integran en una caja robusta capaz de contener la presión de una explosión interna y evitar que las llamas se propaguen al exterior.

Ex e: Seguridad Elevada (Increased Safety)

Este método se aplica a equipos que normalmente no producen chispas (como transformadores, motores, bornes y cables). La seguridad se garantiza mediante un diseño robusto y el montaje en cajas que evitan la penetración de polvo y aseguran distancias de aislamiento adecuadas.

Ex n: Método de Protección contra Ignición (Non-Sparking)

Este tipo de protección se emplea solo en entornos con peligro de explosión de la Zona 2/22 (riesgo bajo). Incluye equipos que no están dotados de contactos que creen chispas y que están protegidos con cajas impermeables al agua y al polvo.

Ex i: Seguridad Intrínseca (Intrinsically Safe)

La seguridad intrínseca se define para equipos eléctricos y electrónicos cuya energía en circulación o almacenada, incluso en situación de avería, no puede inflamar entornos con atmósferas explosivas.

La alimentación se realiza a través de una barrera de seguridad que limita la corriente y la tensión de tal manera que no se alcanza la energía de ignición mínima ni la temperatura de ignición de una mezcla explosiva.