Introducción a los autómatas programables en ingeniería (V)

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20)   ENTRADAS CON MULTIPLEXOR

Como hemos visto anteriormente, un PLC generalmente trabaja con palabras de 16 bit. Si nuestra tarjeta de entradas analógicas ocupa un slot en un rack, y leemos solamente una entrada analógica, estaremos derrochando espacio I/O (que es costoso). Por comparación, una tarjeta de entradas digitales lee 16 señales, y cuesta aproximadamente la cuarta parte que una tarjeta de entradas analógicas.

El coste y uso de I/O puede reducirse usando un multiplexor. Aquí cuatro señales de entradas analógicas, separadas cada una de otra por amplificadores de aislamiento, se seleccionan con conmutadores electrónicos y se convierten en un número digital por un ADC común. Tales tarjetas comúnmente tratan con cuatro, ocho o dieciséis señales analógicas.

21)   TIEMPOS DE CONVERSIÓN

La conversión de las señales analógicas a digitales no es instantánea (aunque ADCs trabajan con tiempos de nanosegundos). En los entornos industriales hay bastantes posibilidades que el ruido eléctrico esté presente en la señal.

Una técnica llamada dual slope integration enlaza el tiempo de conversión a la frecuencia local (50 0 60 Hz), consiguiendo un alto grado de rechazo del ruido.

Las tarjetas de entradas analógicas trabajan tomando muestras “snapshot” de las señales de planta.

22)   SELECCIÓN DE CANALES Y CONVERSIÓN A UNIDADES DE INGENIERÍA

Las tarjetas de entradas analógicas nos proporcionan señales de 12 bit en un rango que va de 0 a 4095. Debe poderse acceder a estas señales vía un programa de PLC y convertirlas a unidades de ingeniería tales como ºC, psi o l/min.

El autómata debe resolver dos problemas; cómo acceder a los datos multiplexados vía la tarjeta de la señal, y cómo usar los datos en el programa. Hay dos formas de acceder a los datos.

·       El PLC selecciona qué canal desea leer enviando una dirección de 3 – o 4 – bit como instrucción de salida a la tarjeta junto con un comando de conversión. La tarjeta retorna el valor de 12-bit digitalizado y una señal que puede leerse con un comando de entrada.

·        En el método más común un bloque de localizaciones de almacenamiento en el PLC se asocia directamente con la tarjeta de entrada analógica. La tarjeta funciona libre escribiendo valores digitalizados en el almacén desde donde puede ser leído por el resto del programa.

23)   TARJETAS DE ENTRADA ANALÓGICAS

El PLC se comunica con la tarjeta vía instrucciones llamadas “transferencia de bloque” que transfieren datos a (o desde) un bloque de localizaciones de almacenamiento. Las transferencias de datos desde el PLC a una tarjeta se llaman escritura de transferencia de datos (BTW) y se transfieren  de una tarjeta para almacenar  la lectura de transferencia del bloque (BTR). La tarjeta de entrada analógica usa tanto instrucciones BTW como BTR.

24)   SEÑALES DE SALIDA ANALÓGICAS

Los PLCs a menudo requieren señales de salidas analógicas igual que entradas analógicas. Como las entradas analógicas, estas señales tienen rangos de voltaje estándar de 1 – 5 V o 0 – 10 V o el rango de corriente de 4 – 20 mA.

Una tarjeta de salida típica tiene cuatro canales de salida, cada una transformando una señal digital de 12 bit en una salida analógica. Los amplificadores de aislamiento se usan en las salidas para reducir los efectos del ruido y permitir que las señales se conecten a dispositivos externos alimentados desde diferentes suministros eléctricos. Esta acción se conoce como conversión digital a analógica, o DAC.

25)   CONTROL EN BUCLE CERRADO

Muchos procesos industriales requieren que algunas variables de planta (temperatura, presión o caudal) se mantengan en un valor fijo o sigan el mismo perfil. Estos esquemas se basan normalmente en un diagrama de bloque donde el valor actual es retroalimentado desde la planta y comparado con el valor deseado. Esto se conoce como retroalimentación o control en bucle cerrado.

Un tipo modificado de estrategia de control, donde la señal de salida es la suma del error más la integral de tiempo del error es el denominado control PI, un control proporcional más un control integral.

Otra modificación incluye un término derivativo del tiempo, y se conoce como PID, o control proporcional integral derivativo. El término derivativo hace al sistema más estable y reduce excesos.

26)   CONTROL EN BUCLE CERRADO Y PLCs

En un sistema de bucle cerrado basado en PLCs, la variable de planta, se lee por una tarjeta de entradas analógicas, y la salida es proporcionada por tarjetas de salida analógicas. El setpoint, es proporcionado por el operador (vía un terminal gráfico) o por alguna secuencia de programa. El algoritmo PID es luego proporcionado por el programa.

Es posible escribir algoritmos PID con cuatro funciones matemáticas, pero es necesario gran cuidado. El scan time del programa debe ser conocido por rutinas integrales y derivativas, y protección contra la saturación del actuador del actuador de salida debe estar integrado para superar un efecto llamado integral wind-up.

27)   CONTADORES DE ALTA VELOCIDAD

El scan time limita la tasa de conteo máxima de un PLC a alrededor de 10 Hz. Sin embargo están disponibles tarjetas contadoras disponibles para su uso donde se requieren velocidades de conteo más altas, o el scan time del programa introduce un error aleatorio inaceptable.

28)   MÓDULOS INTELIGENTES

La mayoría de los PLCs pueden ajustarse en un amplio rango de módulos inteligentes. Los módulos inteligentes pueden incluir sistemas de visión para el reconocimiento de modelos (útil en control de calidad), sistemas de control de posición para máquinas CNC y robótica más módulos de sensor para termopares y transductores de temperatura PT100. Todo minimiza el esfuerzo de programación necesario en el programa principal. Hay también módulos de procesador que permiten que se escriban códigos matemáticos complejos en lenguajes de alto nivel tales como Basic o C y conectados a un programa PLC.

Bibliografía: Programmable Controllers an engineer´s guide. Parr et al.