¿Qué es un PLC?
PLC es acrónimo de Controlador Lógico Programable ( Programmable Logic Controler ).
Originalmente los PLC’s fueron sistemas diseñados por ingenieros de la General Motors Company para resolver
problemas de lógica de control y sustituir a los antiguos sistemas basados en relevadores.
Los sistemas de relevadores son del tipo de sistema de “lógica cableada”. Esto quiere decir que cuando un sistema de control basado en relevadores se diseñaba, este servía única y exclusivamente para resolver el problema para el cual fue pensado. Si por alguna razón el proceso debía cambiar, era necesario volver a hacer un análisis matemático para obtener la lógica de control y además se debía modificar el cableado de los relevadores. En el peor de los casos era necesario rehacer toda la instalación del sistema de relevadores.
Por el contrario, un PLC es un sistema de microprocesador. En cierta forma se puede decir que es una computadora de tipo industrial. Un PLC tiene una CPU(Unidad central de procesamiento), fuente de alimentación, interfases para comunicación y puertos de entradas y salidas de tipo analógico o digital que se fabrican en tarjetas o módulos. Tanto el CPU y sus periféricos, que son los módulos de entradas y salidas, se interconectan mediante un bus del sistema que en algunos modelos de PLC‘s está hecho sobre una placa con ranuras(Slots) en donde se insertan uno por uno, del mismo modo en que se insertan las tarjetas de expansión en la placa base de una computadora personal.. De hecho, muchos modelos de PLC actualmente instalados en todo el mundo fueron realizados con microprocesadores Intel 386/486(Algunos modelos Ge-Fanuc).
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CPU
El PLC tiene un sistema operativo hecho por su fabricante. La memoria en donde el PLC almacena el programa con la lógica de control es de tipo E2PROM. Esto es, Memoria Programable de Solo Lectura Eléctricamente Borrable (Electriacally Erased Programable Read Only Memory) de modo que cuando el PLC pierde energía su programación y algunos datos indispensables para su correcto funcionamiento no se pierden. El PLC también cuenta con memoria RAM en donde guarda una "imagen" de las señales de entrada y las señales de salida.
En general, los CPU's de los PLC's realizan una serie de tareas cuya ejecución es repetida de forma indefinida:
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Como en las computadoras personales, la modularidad de un PLC lo hace un sistema muy flexible. Por ejemplo, una vez seleccionado un CPU de características adecuadas para nuestro proyecto , debemos seleccionar la cantidad de módulos de entradas y salidas de acuerdo a la cantidad de señales que se toman del proceso, así como de su naturaleza.
Fuente de Poder
La fuente de poder del PLC es el componenete que energiza al CPU y alimenta a los módulos que pudiese tener instalados. Normalmente las fuentes de PLC's tienen una salida de C.D.
Cuando elegimos la fuente de poder del PLC debemos saber cuanta corriente máxima puede llegar a consumir cada módulo, sumar las corrientes y así determinamos la capacidad de la fuente de poder necesaria.
Módulos de Entradas Discretas de C.D.
Estos módulos son usualmente de 8, 16 o 32 entradas para niveles de voltaje de 0 a 24VCD que es el rango de voltajes típico a la salida de los sensores comerciales, aunque también existen módulos que soportan voltajes superiores. La etapa de entrada de los módulos están aisladas del bus interno del PLC mediante optoaisladores que convierten los niveles de 0 a 24 VCD a niveles TTL o inferiores. Usualmente una de las dos terminales de cada optoaislador se conectan a un punto común, de modo que para un módulo de 16 entradas, en lugar de manejar 16 x 2 = 32 terminales, solo se se tienen [16 Señales de entrada] + [ 1 Terminal Común] + [1 Terminal para aterrizar] = 18 terminales. En algunas ocaciones las entradas de un mismo módulo se conectan en dos grupos con nodo común independiente, de modo se tenga una mayor versatilidad. Si deseamos usar un módulo así para 16 entradas usando un mismo nodo común, solo debemos cortocircuitar las terminales comunes de ambos grupos. Los elementos que usualmente se conectan a estas entradas discretas son sensores, interruptores, botones y relevadores.
Podemos ver claramente que los sensores, botones, relevadores, etc funcionana como interruptores conectados en serie con las entradas del PLC.
Modulos de Entradas Discretas de C.A.
En estos módulos tambien existe un optoaislamiento entre el bus del PLC y la circuiteria externa. Solo que por manejarse voltajes alternos de 120/240 VCA se utilizan arreglos de diodos tipo puente para obtener un pulso directo a la entrada del optoaislador. Igualmente se tiene módulos con un punto común a todas las señales o bien varios grupos de señales con una terminal común para dar versatilidad al módulo. Así, una señal alterna de 120/240 VCA produce internamente un voltaje de C.D. y se considera que la entrada está activada.
Podemos ver claramente que los sensores, botones, relevadores, etc funcionana como interruptores conectados en serie con las entradas del PLC.
Módulos de Salidas Discretas de C.D.
La etapa de salida de estos móduos se implementa acoplando un optoaislador al bus del PLC y conectando la salida del optoaislador a través de un transistor de potencia que soporta cargas del oreden de entre 0.5 y 2A o superiores. Nuevamente se presenta una conexión común para cada transistor de salida lo cual reduce la caantidad de terminales necesarias.
De este modo, las salidas del PLC funcionan como interruptores conectados en serie con los actuadores.
Módulos de Salidas Discretas de C.A.
La etapa de salida de estos módulos se implementan acoplando un optoaislador al bus del PLC y conectando la salida del optoaislador a la compuerta de un TRIAC a través de una etapa de potencia. Un TRIAC es un dispositivo semiconductor que funciona como un circuito abierto cuando su compuerta no está energizada y como circuito cerrado cuando su compuerta sí está energizada.
De este modo, las salidas del PLC funcionan como interruptores conectados en serie con los actuadores.
Módulos de Entradas Analógicas
Como el PLC s esencialmente un sistema digital, es necesario realizar una conversión analógico/digital, de modo que una variable física obtenida a través de un sensor pueda ser representada como un número binario y así realizar las operaciones necesarias. Los módulos de entrada analógicos tienen integrado un conjunto de convertidores analógico/digital y lo que entregan al CPU del PLC es un número binario. Las representaciones típicas son de 12 bits, aunque existen módulos con capacidades de hasta 16 bits. Algunos más sofisticados pueden configurarse para resoluciones desde 8 hasta 16 bits. Acada entrada de señal analógica se le llama canal. Usualmente encontramos módulos de entradas analógicas de cuatro canales.
Atendiendo a la gran variedad de sensores y a sus distintas naturalezas, los fabricantes de PLC's diseñan módulos para medisión de voltaje( +/- 10 V típicos), corriente(0 a 20 mA típicos), y resistencia(termistores).
Módulos de Salidas Analógicas
Actualmente los módulos de salidas analógicas de los PLCs son muy sofisticados. Algunos módulos pueden cofigurarse como salidas de voltaje o como salidas de corriente, según nuestras necesidades.
Como el CPU del PLC manipula numeros binarios, cuando se escribe el valor de una salida, este número entra a un DAC(Convertidor Digital Analógico). Por supuesto, la salida de un DAC es un voltaje "escalonado". Algunos modelos incorporan un filtro en sus etapas de salida, de modo que el voltaje a la salida sea "suavizado".
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