Fundamentos y Arquitectura de los Autómatas Programables PLC

1. El autómata programable

Un autómata programable, también denominado PLC (Controlador Lógico Programable), es un dispositivo electrónico capaz de gestionar los circuitos de automatismos industriales de forma programada.

Caso práctico inicial: El autómata programable es el dispositivo idóneo para automatizar las puertas del caso práctico.

En la actualidad, el uso de los autómatas programables está generalizado en la industria, aunque en otros sectores, como la domótica, también tiene gran presencia. Los PLC permiten procesar de forma inteligente las señales procedentes de multitud de variables físicas que existen en los procesos industriales y actuar en consecuencia.

1.1. Evolución de sistemas cableados a sistemas programados

Hasta ahora, los automatismos estudiados son de tipo cableado. A medida que el automatismo gana en complejidad, también lo hace el cableado del circuito de mando y aumenta el número de elementos a utilizar (relés, temporizadores, contadores, etc.).

Caso práctico inicial: El PLC permite sustituir los circuitos de mando cableado.

Si, por necesidades del proceso industrial, es necesario modificar el funcionamiento de una instalación de este tipo, no queda más remedio que recablear el circuito de mando, con lo que esto supone en pérdida de tiempo y dinero para el dueño de la instalación.

Una forma más flexible y económica de realizar la maniobra de un automatismo industrial es sustituir el circuito cableado de mando por un autómata programable. De esta forma, cualquier cambio en el funcionamiento del proceso se hace reprogramando el PLC, sin necesidad de mover el cableado o realizando modificaciones mínimas en él.

1.2. Estructura del autómata programable

El autómata programable está gestionado por un sistema electrónico basado en un microprocesador, encargado de procesar las señales del exterior, tanto de lectura como de escritura, a través de los interfaces de entradas y salidas. Para el funcionamiento óptimo y continuado del sistema electrónico, es necesaria una fuente de tensión. Los programas se almacenan en los diferentes tipos de memoria que el PLC dispone y gestiona desde un elemento de programación externo.

1.3. Clasificación de los autómatas programables

Atendiendo a su modularidad, los autómatas pueden ser clasificados en tres tipos:

• Compactos: Contienen todos sus elementos (E/S, CPU, fuente de alimentación, etc.) en una misma envolvente. La mayoría son ampliables con diferentes tipos de módulos.
• Semicompactos: Algunos de sus elementos están fuera de la envolvente principal, por ejemplo, la fuente de alimentación.
• Modulares: Cada elemento se encuentra en una envolvente diferente y se instalan sobre un rack común. Ofrecen grandes posibilidades de expansión, aunque su coste es más elevado.

1.4. Unidad central de procesos (CPU)

La Unidad Central de Procesos (CPU) es el cerebro del autómata. Está constituida básicamente por el microprocesador y la memoria. Su misión es procesar las señales del módulo de entradas y actuar sobre el módulo de salidas en función de las instrucciones del programa.

La CPU suele disponer de:

• Interruptor Run/Stop para la ejecución del programa.
• Interfaz de conexión para la comunicación con la programadora.
• Dos tipos de memoria: RAM (volátil) y EPROM (no volátil).

1.5. Fuente de alimentación

Tiene como misión convertir la corriente alterna de la red eléctrica en corriente continua (generalmente 24 Vcc o 48 Vcc) para alimentar los circuitos internos. Los captadores activos pueden ser alimentados por el propio autómata, siempre que no se sobrecargue la fuente.

1.6. Entradas y salidas digitales

Estos módulos permiten adaptar la tensión de trabajo y aislar eléctricamente los circuitos de mando y potencia.

Módulo de entradas digitales

Recibe información de captadores (pulsadores, sensores, finales de carrera). Las entradas detectan señales todo o nada, interpretando un 1 lógico (tensión máxima) o un 0 lógico (tensión mínima).

Módulo de salidas digitales

Envía señales de activación a los actuadores (bobinas, relés, lámparas). Se distinguen principalmente dos tipos:

• Salidas a relés: Libres de tensión, permiten manejar diferentes tipos de corriente y voltajes.
• Salidas a transistor: Para conmutaciones rápidas en corriente continua.

1.7. Salidas analógicas

Adaptan la señal de salida sobre actuadores analógicos. Es necesario utilizar cable apantallado para evitar interferencias y perturbaciones en las señales.

1.8. Aspectos externos del autómata programable

Los elementos más característicos en el frontal del autómata incluyen:

• Bornes de alimentación y E/S.
• Interface de conexión y programación (slot para PC).
• Interfaz de expansión para módulos adicionales.
• Indicadores LED para señalización de estado.
• Alojamiento para Memory Card y conector de batería.
• Interruptor RUN/STOP y potenciómetros analógicos.

1.9. Equipos de programación

Permiten la comunicación entre el usuario y el autómata para introducir, editar y modificar programas, así como visualizar el estado de las entradas y salidas en tiempo real.

1.10. Periféricos

Facilitan la labor del usuario en tareas de grabación y supervisión:

• Visualizadores y paneles de operación (OP): Permiten la comunicación hombre-máquina (HMI). Pueden ser textuales o gráficos (táctiles).
• SCADA: Supervisory Control And Data Adquisition. Software instalado en ordenadores para la supervisión, control y generación de históricos del proceso productivo.

1.11. Memory Card

Las tarjetas de memoria ofrecen ventajas como su reducido tamaño, rapidez de conexión y la posibilidad de realizar transferencias instantáneas del programa en tareas de mantenimiento.