Controladores Lógicos Programables P.L.C. Controlador Lógico Programable, PLC o Autómata Programable, es una maquina electrónica diseñada para controlar en tiempo real Procesos Secuenciales. La definición de PLC no es única sino que existen otras definiciones, tales como: -. Maquina cuyo funcionamiento se desarrolla paso a paso sin la necesidad de la intervención humana. -. Ordenador Lógico que procesa información o datos de entradas y produce una salida. Independiente de cual sea la definición, un PLC es una maquina que posee una filosofía de trabajo de acuerdo a la siguiente descripción: Un PLC trabaja revisando sus entradas y dependiendo del estado de éstas, manipula el estado de sus salidas, conectándolas o desconectándolas. Esta manipulación de las salidas va a depender directamente del programa que el usuario haya ingresado de acuerdo a los resultados y requerimientos que desea obtener. RESEÑA HISTÓRICA. Los antecesores de los PLC, fueron los sistemas de control basados en lógica de reles, (1960). Tenían la gran desventaja de utilizar paneles con cientos de reles y miles de conexiones por medio de alambres, lo que significaba un costo muy elevado en su instalación y el mantenimiento del sistema. A fines de los años 60, los PLC fueron introducidos por primera vez en los procesos industriales. La razón de su aparición fue la necesidad de eliminar los complicados y costosos sistemas de control de maquinas basados en tecnología de contactores y reles. Los primeros controladores completamente programables fueron desarrollados en 1968 por la empresa Bedford Associates que posteriormente paso a llamarse MODICON. ( MOdular DIgital CONtroler ).

Bedford Associates propuso a la empresa automotriz General Motors la utilización de un controlador MODICON. Otras compañías de controladores propusieron en forma simultánea ordenadores basados en PC tales como el PDP-8 y otros. El MODICON 084 resulto ser el primer PLC del mundo en ser producido a escala comercial. Este controlador tuvo una gran cantidad de modificaciones, obteniéndose como resultado los modelos 184 y 384 desarrollados a principio de la década de los 70. Con estos controles de primera generación era posible:

Realizar aplicaciones en ambientes industriales.

Cambiar la lógica de control sin tener que cambiar la conexión de cables.

Diagnosticar y reparar fácilmente los problemas ocurridos. Estos primeros PLC, solo incorporaban un procesador para programas sencillos y dispositivos de entrada/salida limitadas.

A continuación se grafica en forma esquemática los primeros PLC industriales:

A mediados de la década del 70, los PLC comenzaron a tener habilidades de comunicación. El primer sistema de comunicación fue el MODBUS de MODICON. Esta habilidad permitió que existiese comunicación entre controladores, de manera de poder coordinar acciones de un conjunto de equipos. Durante los años 80 se aprecio un intento por estandarizar los protocolos de comunicación, al mismo tiempo, se tendió a la miniaturización de los equipos y la utilización de un lenguaje simbólico de programación. En la década de los 90 se estandarizaron algunos protocolos de comunicación y programación bajo un estándar internacional único. Ahora se cuenta con controladores programables en función de diagrama de bloques, lista de instrucciones, lenguaje de programación C, o texto estructurado, todos al mismo tiempo.

ARQUITECTURA DE UN PLC.

La arquitectura del PLC se divide en dos ámbitos: 1.- Arquitectura Externa del PLC. Esta referida a la forma constructiva del PLC. Dentro de este ámbito existen dos formas:

Arquitectura Compacta: En un solo bloque o modulo están todos los componentes.

Gráficamente:

Por ejemplo, el autómata TSX 37-05 de Telemecanique, de arquitectura compacta esta constituido por un modulo de 28 entradas/salidas, ( 16E + 12S ), con la posibilidad de expansión a través de un modulo de hasta 92 E/S, conectado a través de una interfase, como se observa en el siguiente esquema:

Arquitectura Modular : Es el mas recomendable para uso industrial. Posee módulos

desmontables y es posible expandir las entradas y salidas. Existen dos configuraciones; la estructura Americana que separa las E/S del resto del autómata y la estructura Europea, donde cada modulo es una función, ( fuente de alimentación, CPU, E/S ).

La estructura modular generalmente esta constituida por una placa madre, en la cual van montados todos los módulos que conforman al PLC.

Base Expansión Los autómatas de la línea TSX 37 -10 de Telemecanique, presenta una configuración básica, dependiendo de la tensión de alimentación y del tipo de módulos de E/S. Estos autómatas pueden ser montados en un mini rack de extensión que permite aumentar el numero de Entradas/Salidas hasta en 192 E/S.

2.- Arquitectura interna del PLC.

El Autómata Industrial esta basado en electrónica de alta integración, con conexiones internas, ( hardware), independiente del proceso a controlar. Este hardware se compone esencialmente de los siguientes bloque funcionales:

1.- Fuente de Alimentación 2.- Bus interno 3.- Unidad Central de Proceso CPU. 4.- Memorias, ( usuario, E/S, datos ) 5.- Interfaces de Entrada y Salidas.

1.- Fuente de Alimentación.

La fuente de alimentación, es la encargada de proporcionar las tensiones necesarias para el funcionamiento de las distintas etapas del PLC. Por lo general los PLC disponen de una batería conectada a esta fuente de alimentación con lo que se asegura el mantenimiento de las memorias, las variables y el programa del proceso a controlar. Esta batería es de tipo recargable y puede mantener la información dentro del PLC por varios meses, aunque la unidad permanezca desenergizada de la fuente primaria de energía. La fuente de alimentación es la encargada de hacer funcionar al PLC. No necesariamente se utiliza para el accionamiento de los dispositivos de Entrada/Salida, ya que estos en muchos casos requieren o utilizan otros regimenes de voltajes, los que se proporcionan en forma externa e independiente.

2.- Bus interno.

El Bus Interno, es el conjunto de líneas pistas y conexiones que permiten la unión eléctrica entre los componentes y etapas internas del PLC. También el Bus Interno esta encargado de proporcionar la energía necesaria que requieren dichas etapas. El Bus interno esta constituido por la siguiente estructura: Bus de Dirección.- Conexión por donde circulan las señales que constituyen la localización en la memorias y ubicación de los datos de Entrada/Salida. Bus de Datos.- Conexión física mediante la cual se transmiten datos entre el procesador,

las memorias, las E/S y el programador. Bus de Control.- Conexión mediante la cual la CPU envía las ordenes o instrucciones a los demás elementos del sistema y recibe de ellos una señal de respuesta. Bus de Comunicación.- Se utiliza para la comunicación con los demás periféricos, tales

como, Interfaces Hombre-Máquina, teclados, monitores, etc. Para el caso de PLC de arquitectura modular, el Bus Interno es único y sus líneas permiten transferir datos, direcciones, control y energía, a los diferentes módulos que lo conforman. 3.- Unidad Central de Proceso, CPU.- La CPU es el corazón del autómata. Es la encargada de ejecutar el programa de usuario mediante el sistema operativo. Posee un procesador matemático que esta encargado de realizar cálculos aritméticos y lógicos. La CPU posee sus propias memorias, donde almacena el programa de tratamiento de datos y presentación de IHM, (Interfase Hombre Maquina ), monitor, teclado, puertos de comunicación. Tiene a cargo el Control Interno y Externo del Autómata. Control Interno.- Se refiere a la ejecución de los programas del sistema operativo que

permite operar al PLC en el modo básico de programación y control lógico, ( modo Run ). El control interno también esta encargada de ejecutar los test de autodiagnóstico para la detección de errores. Control Externo.- Se refiere a la ejecución del programa de control lógico que permite operar al PLC

controlando el proceso según el automatismo diseñado. La CPU también cumple las funciones de: -. Vigilar el tiempo de ejecución de un programa, de manera de no exceder un determinado tiempo máximo. A esta función se le suele denominar “ Watchdog” o perro guardián. -. Ejecutar el programa del usuario. -. Crear una imagen de las entradas, ya que el programa de usuario no accede directamente a dichas entradas. -. Renovar el estado de las salidas en función de la imagen de las entradas. -. Chequear el estado del sistema.

4.- Memorias. Definición.- Memoria.- Dispositivo electrónico a base de electrónica integrada que guarda información

en forma binaria, también guarda las instrucciones del programa y los datos a usar en la ejecución de las mismas. En general , las memorias electrónicas se clasifican de acuerdo a su principio de funcionamiento, forma de grabación y mantención de la información, de acuerdo a la siguiente clasificación: Memoria RAM.- Random Acces Memory.- Es la memoria de usuario, en esta se

almacenan los programas y datos de usuario. Son de acceso aleatorio. Se pueden escribir, leer, entrar, sacar, y modificar datos. Es volátil, es

decir, mantiene la información mientras se encuentran alimentadas. Al desenergizarlas se borran inmediatamente.

Memoria NVRAM .- Corresponde a una memoria RAM no volátil, ( No Volátil RAM ). Es una

memoria de lectura-escritura que no pierde la información al quitar la a alimentación eléctrica, pero pueden ser borradas bajo una instrucción. Memoria ROM.- Read 0nly Memory.- Memoria de solo lectura. El usuario tiene acceso a

la información pero no puede alterarla. Generalmente en estas memorias se guardan las funciones aritméticas y lógicas, como por ejemplo la función multiplicación, suma, raíces, etc. Son de tipo No volátil, es decir, no se borran al interrumpir la energía de alimentación.

Memoria PROM.- Programable Read Only Memory.- Memoria tipo ROM programable por

el usuario, pero no borrable por éste. Después de ingresados los datos, solo pueden leerse. Se graban una sola vez, equivalen a la grabación de un CD.

Memoria EPROM.- Erasable Programmable Read Only Memory.- Memoria grabada en fabrica,

por lo que solo puede ser leída, pues para su borrado tiene que ser expuesta a rayos ultravioleta, de manera de ser regrabadas por un dispositivo especial.

Memoria EEPROM.- Erasable Electrical Programmable Read Only Memory.- Memoria PROM

borrable eléctricamente y reprogramable análoga a una EPROM. Memoria EAPROM.- Erasable Alterable PROM.- Memoria alterable eléctricamente, pero solo

puede alterarse o cambiarse un sector de la misma. Para la operación de un PLC se requieren básicamente las siguiente memorias: Memoria de Sistema.- Es aquella donde se almacena de fábrica los programas y sistema

operativo del PLC, ( Firmware ), tales como velocidad de procesamiento, Clock interno, etc. Esta memoria es de tipo EPROM

y el usuario no tienen acceso a ella . Memoria de usuario.- Contiene la aplicación de control desarrollada por el usuario. Aquí Se guarda el programa que el autómata va ejecutar cíclicamente.

Esta área de memoria se almacenaba hasta hace algunos años en memorias RAM, las que eran mantenidas por baterías. La nueva generación de PLC utiliza por lo general memorias EEPROM que no

requieren batería de respaldo.

Memoria imagen E/S.- Contiene los valores y estados de las entradas y salidas del PLC.

Memoria de datos.- Contiene los valores dados por el usuario, como los Preset y los

valores calculados, tales como; salidas virtuales, temporizadores, contadores registros, etc. Que el usuario utiliza en sus programas. Esta área de memoria es por lo general de tipo RAM.

Estructuración de las Memorias.- Los Chips de las memorias suelen estar organizadas en octetos y a su vez en palabras. Cada palabra esta formada por dos byte, ( 16 bit ).

= 256 combinaciones = 65.536 combinaciones Cada palabra o registro define una instrucción, dato numérico o un grupo de estado de entradas y salidas. La cantidad de palabras que dispone una memoria esta expresada en kilobytes. Un Kilobyte = 2

10 = 1.024 bytes.

5.- Interfaces de Entrada y salida.

Las interfaces de Entradas y Salidas son unidades electrónicas, que para el caso de PLC compactos están ubicados en un solo bloque junto con el resto del equipo. Para el caso de los PLC modulares, las entradas y salidas son módulos o tarjetas independientes. Tanto las entradas como las salidas están aisladas eléctricamente de la CPU, a través de Optoacopladores. Por lo general existe un acoplamiento óptico transistorizado en las entradas y reles optoacoplados para las salidas.

Las señales de entrada y/o salidas pueden ser de tipo digital o análoga. Para ambos casos los rangos de voltajes están normalizados.

Un modulo de entrada digital cosiste en un cierto numero de puntos de entrada que comparten una misma fuente de alimentación. La función de un punto de entrada es participar en la transformación de un estado de un contacto, ( abierto o cerrado ), en un dato binario ( 0 ó 1 ), el que se emplea en el programa de control. En la figura anterior se observa un contacto normal abierto de entrada,( elemento de terreno ). Cuando se cierra el circuito de alimentación del punto de entrada circula la corriente continua necesaria para que se active el Led emisor, el que a su vez activa un fototransistor en la CPU. Módulos de Entrada tipo SOURCE. Los módulos de entrada tipo Source son aquellos en que la corriente sale por el punto de entrada. El polo vivo de la fuente de alimentación esta conectada al punto común de las entradas. Al cerrarse el contacto externo, la corriente circula saliendo por el punto de entrada, el valor de la corriente queda limitada por la resistencia serie Rs. El diodo emisor excita al fototransistor ubicado en la CPU y en correspondencia con este punto de entrada. El condensador se utiliza para suavizar el posible riple de la tensión aplicada al diodo emisor. Cuando se abre el contacto externo, el condensador se descarga a través de la resistencia conectada en paralelo Rp. Los diodo zener conectados en antiparalelo definen el umbral de tensión al la cual se dispara el diodo emisor. Modulo de entrada tipo SINK. Los módulos de entrada tipo SINK, son aquellos en que la corriente entra por el punto de entrada. En estos módulos el neutro de la fuente de alimentación debe estar conectado al punto común de las entradas. Al cerrarse el contacto externo, la corriente circula entrando por el punto de entrada, el valor de la corriente queda limitada por la resistencia serie Rs. Módulo de entrada de Corriente Alterna.

Este tipo de modulo de entrada permite trabajar con señales de C.A. directamente. El neutro de la fuente de alimentación alterna debe estar conectado al punto común de las entradas. Al cerrase el contacto externo el valor de la corriente queda limitada por la malla de resistencias y condensadores. El diodo emisor excita al fototransistor ubicado el la CPU y en consecuencia con ese punto de entrada. Cuando se abre el contacto externo, los condensadores se descargan por las resistencias de la malla limitadora.

Clasificación de los Modulos de Entradas Digitales.

Los módulos de entrada se caracterizan por los siguientes parámetros de diseño.

- fuente de alimentación.

- Voltaje de excitación.

- Densidad de puntos. Fuente de alimentación.- Las fuentes de alimentación se clasifican de la siguiente manera: Módulos Activos.- Son aquellos que no requieren de una fuente externa para trabajar ya que la tensión

necesaria la suministra la fuente interna del PLC ( generalmente 24 VDC ). Estos módulos son por lo tanto de corriente continua. Módulos Pasivos .- Son aquellos que requieren de una fuente externa para funcionar. Estos módulos pueden ser de corriente alterna o continua.

Voltaje de excitación.- Los voltajes de C.C, y C.A. empleados para los módulos están estandarizados de acuerdo a la siguiente clasificación:

Densidad de puntos.- En general las entradas del PLC se agrupan en puntos comunes. Es posible encontrar módulos de 4, 8, 16, y hasta 32 puntos de entrada. La clasificación incide en la forma de cablear dichos puntos para unirlos a las borneras de los tableros de control.

Conexión de entradas Digitales.- Caso de contactos pasivos o secos. En general la conexión de contactos pasivos o secos, no presentan problema, debido a que su naturaleza un contacto seco esta libre de tensión. En el caso de la figura anterior, el contacto debe establecer una unión o puente entre el terminal L de la fuente y el punto de entrada.3 Caso de contactos activos.

Existen sensores de terreno electrónicos de tres alambres en corriente continua, donde el elemento de conmutación es un transistor con colector abierto. La electrónica de detección se alimenta con una fuente de tensión externa cuyo valor lo define el fabricante del sensor. Por lo general este tipo de sensores son del tipo Capacitivo o Inductivo, cuya salida puede ser Normal Abierto o Normal Cerrado, del tipo PNP o NPN según la necesidad del diseño.

Estructura del modulo de salida digital. Los PLC convierten los datos digitales de imagen de las salidas, en estado de señales lógicas hacia los actuadores a través de la electrónica. Funcionamiento del modulo de salida Digital.

Un módulo de salida digital consiste en cierto número de puntos de salida que comparten una fuente de alimentación. En un mismo módulo pueden existir varios grupos de estos puntos que comparten una fuente.

La función de un punto de salida es manejar el actuador según los valores determinados por la CPU. En la Figura se muestra un esquema general empleado por muchos PLC para realizar lo anterior. Desde la CPU se maneja ópticamente un elemento de conmutación, en el caso de la Figura se trata de un transistor switching. El actuador debe ser alimentado con corriente continua. Puesto que la corriente sale por el punto se trata de una salida tipo source. Se emplean tres elementos de conmutación:

1.- Relés 2.- Transistor 3.- Triac Salida Por Relés

En la Figura se muestra un detalle del circuito para un punto de salida en corriente continua tipo Sink, esta denominación se debe al hecho que la corriente entra por el punto de salida. En esta conexión sink el neutro de la fuente de tensión continua debe estar conectado al punto común de las salidas. Al cerrarse el contacto del relé interno, la corriente circula saliendo por el punto de salida, el valor de la corriente queda limitada por la resistencia del actuador.

La salida esta compuesta de un mini relé, su bobina B es polarizada por una tensión en corriente continua interna. La activación es manejada por un transistor que a su vez puede ser manejado por la CPU. El diodo volante en paralelo a la bobina esta puesto para permitir un camino a la corriente cuando se abre el transistor.

Este tipo de punto de salida tiene las siguientes ventajas:

a. Admite el mando de actuadores que requieren distintas fuentes de alimentación (en corriente alterna,

en corriente continua, distintos valores, distintos neutros). Esto es posible porque su elemento de conmutación es un contacto seco es decir, libre de tensión.

b. Admite el mando de equipos que requieren de contactos secos para su control como por ejemplo

convertidores de frecuencia.

c. Admite ser configurado como salida sink o salida source ya que su elemento de conmutación no tiene

polaridades de funcionamiento.

Esquemático de un punto de salida tipo relé.

Este tipo de punto de salida tiene las siguientes desventajas:

a. El accionamiento mecánico de los contactos tiene una duración del orden de un millón de ciclos, por lo que no resulta adecuado para sistemas de control con muchas conmutaciones por hora.

b. La duración de los contactos eléctricos puede ser inferior a la duración mecánica si se sobrepasan los

niveles de corriente y tensión de conmutación.

RELAY INTERNO

PREACTUADOR

FUENTE DE LAS SALIDAS

PUNTO DE SALIDA

COMÚN DE LAS SALIDAS

TENSIÓN INTERNA DEL MÓDULO DE

SALIDA

TENSIÓN DE CONTROL DESDE

LA CPU

COMÚN TENSIÓN INTERNA DEL MÓDULO DE SALIDA

Salida por transistor.

En la siguiente figura, se muestra un detalle del circuito para un punto de salida en corriente, tipo source, esta denominación se debe al hecho que la corriente sale por el punto de salida. En esta conexión source, el vivo de la fuente de tensión continua debe estar conectado al punto común de las salidas. Al pasar a plena conducción el transistor, la corriente circula saliendo por el colector, el valor de la corriente queda limitada por la resistencia del preactuador, ya que la resistencia Rs entre el vivo y el emisor es muy baja . La salida por transistor funciona así: Se trata de un transistor en configuración switching capaz de pasar de corte a saturación fácilmente, puede suministrar hasta 1 A . Este transistor está polarizado por una tensión en corriente continua proveniente de una fuente externa. La corriente de base que lo activa es manejada usualmente por otro transistor de menos capacidad, ( drive ), que a su vez puede ser manejado por la CPU mediante optoacoplamiento. El diodo zener en paralelo a la fuente se enclava a los 24v impidiendo sobre tensiones al transistor de switching. Cuando es corta el transistor, el diodo Z2 se enclava a 24v quedando el actuador con unos pocos volts de tensión y por lo tanto con una corriente muy baja, por lo que no actúa.

Existen de esta clase módulos del tipo sink con un transistor tipo NPN. En tal caso, el común del

módulo debe estar conectado al neutro de la fuente.

Detalle de punto de salida tipo source con conmutación

por transistor.

Vcc DE CONMUTACIÓN

TENSIÓN DE CONTROL DESDE LA

CPU

COMÚN DEL MÓDULO

PUNTO DE SALIDA

PREACTUADOR

COMÚN

POSITIVO DE LA FUENTE

Z1

Rs

Z2 +

-

24 vdc

Este tipo de salida tiene las siguientes ventajas: -. Están diseñados para infinitos ciclos de trabajo, son especiales para manejar reles, electroválvulas y contactores en 24 vdc. -. Al no tener partes mecánicas no existe problemas de desgaste y efecto rebote de sus contactos. -. Pude trabajar con frecuencias altas dependiendo del tipo de carga que se conecte. Este tipo de salida tiene las siguientes desventajas: -. Como todo dispositivo basado en semiconductores es susceptible a daños por sobre tensión y sobre corriente. -. Se debe respetar las instrucciones de montaje y operación del fabricante, tales como; tensión máxima de operación del transistor de salida, polaridad de alimentación, etc. -. En algunos casos se debe conectar un preactuador como drive de salida. Salida por Triac.

En la Figura se muestra un detalle del circuito para un punto de salida en corriente alterna por Triac. En esta conexión, el vivo de la fuente de tensión alterna debe estar conectado al punto común de las salidas. Al pasar a plena conducción el triac de conmutación, el valor de la corriente queda limitada por la impedancia del actuador. Modulo de salida por Triac

El principio de funcionamiento esta basado en un Triac capaz de pasar de corte a saturación fácilmente, puede suministrar hasta 1A . Este triac esta polarizado por una tensión alterna proveniente de una fuente externa. La corriente de control que lo dispara es manejada usualmente por un optotriac de menos capacidad, que a su vez es manejado por la CPU. La malla de disparo está constituida por las resistencias R0, R1 y R2, el circuito de disparo se cierra si el optotriac es disparado por la CPU.

En estos módulos de salida no tiene sentido la clasificación en sink y source

OptotriacR1

R2

C

CPU

Común modulo

Fuente

alterna

Vivo

Neutro

Punto de

salida

Triac de

conmutación

Este tipo de punto de salida tiene la siguientes ventaja :

.- Están diseñados para infinitos ciclos de trabajo, son especiales para manejar reles electroválvulas y contactores en 110, 220, 380 vac. Este tipo de punto de salida tiene las siguiente desventajas :

.- Como todo dispositivo basado en semiconductores es susceptible a daños por sobre tensión y sobre corriente. Esto último ocurre cuando no se respetan las instrucciones de montaje. .- Estos módulos, son en general de más alto costo que los anteriores. CLASIFICACIÓN DE LOS MÓDULOS DE SALIDA DIGITAL

Los módulos de salida se caracterizan por los siguientes parámetros de diseño:

.- Voltaje de excitación.

Se emplean algunos valores estándares en corriente continua y corriente alterna, como se muestra

en la siguiente tabla. .- Densidad de puntos.

En general las salidas se agrupan con puntos comunes. Es posible encontrar módulos de 4, 8, 16 y hasta 32 puntos de salida. La clasificación incide en la forma de cablear dichos puntos para unirlos a las borneras de los tableros de control .- Elemento de conmutación.

Este es el aspecto más importante para la clasificación de estos módulos, referidos al tipo de salida, ya sea por Rele, Transistor o Triac.

Clasificación de módulos de salida:

Tipo de Conmutación

Descripción Voltajes de

Conmutación Corriente de

Mantenimiento VDC VAC

Relay (c.a. o c.c.)

Este tipo de salida se utiliza cuando las conmutaciones no son muy rápidas.

24

110 220 240

500 mA (a 220 VAC)

Transistor (c.c.)

Se usa solo para c.c. y cuando las cargas son de poco consumo, rápida respuesta y alto número de operaciones

5

24 ---- Hasta 1000 mA

Triac (c.a. o c.c.)

Se utiliza en conmutaciones muy rápidas, donde el relay no es capaz de realizarlas

5 24

110 220

Hasta 2 A

ESTRUCTURA DEL MÓDULO DE ENTRADA ANÁLOGO

Generalidades

En muchas aplicaciones, es necesario disponer del valor de una variable análoga. Puesto que el

PLC trabaja con datos ordenados en bit o palabra, es necesario convertir la magnitud analoga en una información digital. La parte del PLC encargada de efectuar esta tarea es el módulo de entrada análogo. El elemento principal del módulo es un conversor análogo – digital.

Similarmente, en muchas aplicaciones, es necesario comunicar a los actuadores el valor de una variable análoga calculada por el PLC. Puesto que el PLC trabaja con datos ordenados en bit o palabra, es necesario convertir la magnitud digital en una información analógica. La parte del PLC encargada de efectuar esta tarea es el módulo de salida análogo. El elemento principal del módulo es un conversor digital –análogo.

Los módulos señalados constituyen interfaces entre el PLC y las señales de terreno. Las interfaces de entrada y salida establecen la comunicación entre la unidad central y el proceso, filtrando, adaptando y codificando de forma comprensible para dicha unidad las señales procedentes de los elementos de entrada, y decodificando amplificando las señales generadas durante la ejecución del programa antes de enviarlas a los elementos de salida.

Los elementos de captación de magnitudes físicas, llamados genéricamente sensores o transductores, tienen la función de convertir el valor de la magnitud física en una señal eléctrica analógica (4 a 20 mA. ; 0 a 10 V ), para ser compatible con un determinado sistema de control (PLC, CNC ).

Es necesario que el autómata programable disponga de un módulo de entrada análoga para realizar la conversión análogo/digital, ya que el PLC procesa los datos de forma digital, como todos los sistemas basados en microprocesador y por lo tanto, las señales de terreno de tipo analógico deben ser previamente digitalizadas para ser procesadas.

No todos los autómatas programables son capaces de manipular señales analógicas, pero es frecuente que existan módulos de ampliación para PLC compactos o tarjetas analógicas en los de tipo rack, que si son capaces de procesar este tipo señales.

Para el tratamiento de señales analógicas, es preciso contar con módulos de entradas capaces de convertir dichas señales a formato digital. La forma digital consiste en representar la magnitud de la variable analógica por un número codificado en forma binaria o BCD (decimal codificado en binario). Esencialmente, la función que realiza el módulo de entrada análoga es convertir las señales análogas provenientes de terreno en señales digitales codificadas (conversor análogo a digitales, A/D).

Conversor Análogo - Digital (A/D)

La mayoría de sistemas electrónicos de medición, control, comunicaciones, etc., están, compuestos por circuitos de entrada que convierten las señales análogas en palabras digitales (conversores A/D). Internamente, estas palabras se procesan de acuerdo al requerimiento (medición, comparación, sincronización, etc.) y, por lo general, se entrega un resultado en forma de palabra digital.

No es recomendable tomar muestras muy espaciadas en el tiempo, porque se pierde información

relevante de las variables muestradas. Del análisis anterior surge la inquietud de cómo definir el intervalo entre muestras sucesivas

(tiempo de muestreo) en que el conversor A/D debe medir la señal análoga de entrada para convertirla en

una palabra digital de salida.

Los módulos de entrada de tipo analógico para autómatas suelen disponer de varios canales de entrada. Para ello es necesario que en cada momento sólo una de ellas este conectada al convertidor, realizándose la conversión de forma cíclica, una tras otra. El switch electrónico que selecciona el canal se llama multiplexer (MUX).

Se acostumbra a representar las transformaciones que experimenta una variable o señal dentro de un instrumento mediante un diagrama de etapas, en dichos diagramas cada rectángulo representa una de las transformaciones, la flecha indica el orden de procesamiento.

En la figura se presenta el diagrama por etapas de una interfaz de entradas analógicas completa para n canales. Se puede ver que se dispone de una serie de transductores analógicos cuyos datos deben

ser procesados por la unidad central, la que puede seleccionar en cada momento el canal que se desea leer e incluso el factor de escala que se debe aplicar.

CLASIFICACIÓN DE LOS MÓDULOS DE ENTRADA ANÁLOGOS.

Las interfaces de entradas analógicas más comunes trabajan con señales normalizadas de 0 a 10

V o de 4 a 20 mA, pero los autómatas cuentan con tarjetas especificas para tipos concretos de transductores (termopares, encoders, etc.).

Como criterio general, los parámetros más relevantes a comprobar en cualquier aplicación son los

siguientes:

Márgenes de corriente o tensión de entrada.

Impedancia de entrada.

Nivel de aislamiento entre entrada y unidad de control y entre entradas entre sí.

Resolución, que depende del número de bits del convertidor.

Tipo de convertidor A/D.

Polaridad de la señal de entrada (conversión con signo o valor absoluto).

Tiempo de adquisición del dato.

Presión o margen de error.

Precauciones de instalación (longitud y tipo de cables).

Exigencias de fuente de alimentación.

ESTRUCTURA DE LOS MÓDULOS DE SALIDA ANÁLOGOS

Generalidades

El autómata programable debe suministrar al proceso variables o señales de regulación continua

aplicables a servoválvulas, servomotores y control (señales de 0-10 V. 4-20mA), por lo que debe previamente convertir los datos internos binarios o BCD a magnitudes de tipo analógico. La parte del PLC encargada de efectuar esta tarea es el módulo de salida análogo. El elemento principal del módulo es un conversor digital/análogo.

Arquitectura de los módulos de salida análogos

El módulo de salida análogo realiza una conversión digital/análoga, para proporcionar una señal

análoga al dispositivo de terreno, la señal de salida del módulo análogo es una señal continua proporcional al valor digital o numero que ha generado la CPU del PLC.

La Figura muestra un diagrama de bloque elemental de un canal de salida analógico. La CPU del

autómata envía los datos en forma numérica a la salida correspondiente y es la interfaz (Módulo) la que dispone de un convertidor D/A por canal.

La conversión D/A consiste en transformar una información digital, un byte o una variable numérica expresada en forma binaria con n bits, en una tensión o una corriente cuyo valor sea proporcional al valor numérico de dicha variable numérica.

La información digital, dentro del autómata, puede presentarse en diversos códigos de numeración, pero lo más frecuente es que para la conversión D/A venga expresada en código binario.