Introducción a los Autómatas Programables (PLC)

El autómata programable realiza el mando mediante un programa.

El autómata no reconoce si el contacto es normalmente abierto o normalmente cerrado; tan solo reconoce los estados “1” y “0”.

Los autómatas programables, también conocidos como PLC (Programmable Logic Controllers), constan básicamente de dos bloques: uno en el que se incluyen todas las partes esenciales (sistema de entradas, unidad central de proceso CPU y sistema de salidas), y otro compuesto por una pequeña consola para la programación.

A sus entradas se aplican diferentes tipos de señales procedentes del sistema que se está controlando o independientes del mismo, las cuales son procesadas en su CPU, generando una serie de salidas mediante las cuales se controlan diferentes órganos de mando del sistema, como relés, contactores y elementos de señalización.

Componentes Esenciales de un Autómata Programable

Los componentes electrónicos son:

  1. Fuente de alimentación: Encargada de alimentar todo el conjunto.
  2. Entradas/salidas: Conexiones especiales para comunicarse con el exterior, recibir señales externas para procesar o activar salidas en función del proceso del programa.
  3. Microprocesador: Es el encargado de dirigir el funcionamiento del aparato, recibe todas las órdenes del programa, ejecuta el programa y realiza sus funciones.
  4. Memoria: Es el lugar donde reside el programa y realiza sus funciones.

Ventajas de los Autómatas Programables (PLC)

Las ventajas que presenta un PLC son las siguientes:

  1. Menor tiempo empleado en la elaboración de proyectos.
  2. Posibilidad de introducir modificaciones sin cambiar el cableado ni añadir aparatos.
  3. Mínimo espacio de ocupación.
  4. Menor coste de mano de obra de la instalación.
  5. Economía de mantenimiento, pues los mismos autómatas detectan e indican averías.
  6. Posibilidad de gobernar varias máquinas con un mismo autómata.
  7. Menor tiempo para la puesta en marcha del proceso al reducir el tiempo de cableado.
  8. Si la máquina queda fuera de servicio, el autómata sigue siendo útil para otra máquina.

Principios de Programación de PLC

Para la programación de los autómatas programables, es imprescindible entender el principio en el que están basados y que no es otro que el que se conoce como álgebra de Boole.

Álgebra de Boole en PLC

En la lógica de la programación de los autómatas programables, se utiliza el álgebra de Boole por su carácter binario, es decir, la utilización de dos elementos “0” y “1”.

El Álgebra de Boole está definida por un conjunto de operaciones que relacionan entre sí un conjunto de elementos, cumpliendo ciertas propiedades.

Lenguajes de Programación Comunes

A continuación se enumeran los lenguajes y métodos gráficos más utilizados:

  • Mnemónico: también conocido como instrucciones, booleano, mnemónico o AWL.
  • Diagrama de contactos: (Ladder Diagram), esquema de contactos o KOP.

Estructura Detallada de un Autómata Programable

La estructura básica de un autómata programable es la siguiente:

Fuente de Alimentación

Es la encargada de convertir la tensión de la red, 220 V de corriente alterna, a baja tensión de corriente continua, normalmente a 24 V.

Unidad Central de Proceso (CPU)

Contiene las siguientes partes:

  1. Unidad central o de proceso.
  2. Temporizadores y contadores.
  3. Memoria de programa.
  4. Memoria de datos.
  5. Memoria imagen de entrada.
  6. Memoria de salida.

Módulo de Entradas

Es aquel al que se unen los captadores (interruptores, finales de carrera, pulsadores…).

Cada cierto tiempo, el estado de las entradas se transfiere a la memoria imagen de entrada. La información recibida en ella es enviada a la CPU para ser procesada de acuerdo con la programación.

Se pueden diferenciar dos tipos de captadores conectables al módulo de entradas: los pasivos y los activos.

Los captadores pasivos son los que cambian su estado lógico (activado o no activado).

Los captadores activos son dispositivos electrónicos.

Módulo de Salidas

Es el encargado de activar y desactivar los actuadores (bobinas de contactores, lámparas, motores pequeños…).

La información enviada por las entradas a la CPU, una vez procesada, se envía a la memoria imagen de salidas, de donde se envía a la interfaz de salidas para que estas sean activadas y, a la vez, los actuadores que en ellas están conectados.

Según el tipo de proceso a controlar por el autómata, podemos utilizar diferentes módulos de salidas. Existen tres tipos bien diferenciados:

  1. A relés: son usados en circuitos de corriente continua y corriente alterna. Están basados en la conmutación mecánica, por la bobina del relé, de un contacto eléctrico normalmente abierto.
  2. A triacs: se utilizan en circuitos de corriente continua y corriente alterna que necesitan maniobras de conmutación muy rápidas.
  3. A transistores a colector abierto: son utilizados en circuitos que necesiten maniobras de conexión/desconexión muy rápidas. El uso de este tipo de módulos es exclusivo de los circuitos de corriente continua.

Terminal de Programación

El terminal o consola de programación es el que permite comunicar al operario con el sistema.

Las funciones básicas de este son las siguientes:

  1. Transferencia y modificación de programas.
  2. Verificación de la programación.
  3. Información del funcionamiento de los procesos.

Periféricos

Los periféricos no intervienen directamente en el funcionamiento del autómata, pero, sin embargo, facilitan la labor del operario.

Configuración, Instalación y Puesta en Marcha de PLC

La configuración del autómata es un proceso mediante el que se determina cómo y dónde se sitúan los distintos componentes del sistema de control.

Instalación

Dadas las características constructivas y de diseño de los autómatas programables, su instalación es viable en prácticamente cualquier ambiente industrial siempre que no se sobrepasen las especificaciones dadas por el fabricante.

Situación de los Componentes

Los componentes del autómata se montarán siguiendo las recomendaciones del fabricante y, en todo caso, se pueden seguir las siguientes pautas de aplicación general:

  1. Es recomendable el montaje vertical de los componentes para facilitar la convección y la disipación del calor.
  2. Las fuentes de alimentación deberán ocupar una posición por encima del resto de componentes.
  3. La unidad central ocupará una posición adyacente o por debajo de la fuente de alimentación.
  4. Los racks de E/S (Entrada/Salida) estarán dispuestos de la forma más conveniente para el acceso y cableado, en el espacio libre.
  5. Se dejarán espacios suficientes entre los componentes.
  6. Para el resto de componentes del sistema, se recomienda su instalación en posiciones lo más alejadas del equipo que sea posible.

Cableado

Siempre que sea posible, en la configuración del sistema se intentará agrupar los módulos por categorías en cuanto a entradas/salidas, tensión alterna o continua, señales discretas o analógicas.

Puesta a Tierra

Se seguirá lo especificado en la normativa vigente y las recomendaciones de los fabricantes.

Circuitos de Seguridad

Los dispositivos de parada de emergencia se instalarán con independencia del autómata, para permitir la parada del sistema aun en caso de avería del mismo.

Circuitos de Disposición de E/S

En general, o, por lo menos, para los dispositivos de salida, es deseable que exista un contactor de maniobra que permita cortar la alimentación de esos elementos.

Alimentación

Se recomienda el empleo de transformadores separados de alimentación, ya que proporcionan una buena protección frente a interferencias.

Algunos autómatas incorporan una fuente auxiliar de 24 Vcc.

Consideraciones sobre la Instalación de E/S

Cuando se emplean dispositivos electrónicos de detección como elementos de entrada, hay que tener en cuenta la corriente residual de los mismos (detectores de 2 hilos de corriente alterna). En general, el problema se reduce a que el indicador de entrada se ilumina tenuemente, pero en ocasiones pueden darse señales falsas.

Puesta a Punto

Antes de dar alimentación, hay que hacer una serie de comprobaciones rutinarias pero importantes:

  1. Comprobar que todos los componentes del autómata están en su lugar.
  2. Comprobar que la línea de alimentación está conectada a los correspondientes terminales de la fuente de alimentación del equipo.
  3. Verificar los cables de interconexión.
  4. Verificar los cables de conexión a periféricos están correctamente instalados.
  5. Verificar las conexiones de los bornes de E/S.
  6. Verificar que las conexiones a los módulos de E/S están firmes.

Una vez realizadas las comprobaciones iniciales, proceder con:

  1. Con el equipo en paro, aplicar tensión al sistema.
  2. Verificar que los indicadores de diagnóstico de la unidad central reflejan una situación correcta.
  3. Comprobar que las paradas de emergencia actúan correctamente.
  4. Accionar los dispositivos de entrada manualmente.

Equipos y Métodos de Programación

Equipos de Programación

El equipo de programación de un autómata tiene por misión configurar, estructurar, programar, almacenar y validar las diferentes funciones del sistema automatizado.

Son funciones específicas de los equipos de programación las siguientes:

  1. Escritura del programa de usuario.
  2. Edición y documentación del programa o aplicación.
  3. Almacenamiento y gestión del programa o bloques del programa.
  4. Transferencias de programas de y hacia el autómata.
  5. Gestión de errores del autómata.

Además de las funciones anteriores, es muy frecuente encontrar otras adicionales:

  1. Puesta en marcha y parada del autómata (RUN / STOP).
  2. Monitorización del funcionamiento.
  3. Forzado de variables binarias o numéricas y preselección de contadores, temporizadores y registros de datos.

Consolas de Programación

Las consolas son pequeños dispositivos de bolsillo que permiten la programación, ajuste y diagnóstico del autómata, con un visualizador (display) y un teclado alfanumérico dividido en tres zonas:

  • Teclas de comandos (insertar, borrar, transferir, etc.).
  • Teclas de instrucciones (LOD, AND, NOT, TIM, etc.).
  • Teclas numéricas, normalmente decimales (0, 1, 2, etc.).

Terminales de Programación

El terminal de programación se distingue de la consola por su teclado tipo QWERTY y su pantalla de gran tamaño, que permite la visualización de bloques completos de programa, con identificación simbólica de las variables y menús de ayuda online.