Guía de introducción a los autómatas programables (2ª PARTE)

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PROCESADORES Y SUMINISTRO DE ALIMENTACIÓN

El procesador y el suministro de alimentación son partes importantes de la unidad de procesado central.

Los tres componentes de la CPU son:

• El procesador.
• El sistema de memoria.
• La fuente de alimentación.

Procesadores

Los microprocesadores tienen una tremenda capacidad de computación y capacidad de control – proporcionando la inteligencia de los controladores programables de hoy. Realizan operaciones matemáticas, manejo de datos, y rutinas de diagnóstico que no eran posibles con los relés.

La principal función del procesador es comandar y gobernar las actividades del sistema completo. Realiza su función interpretando y ejecutando una colección de programas del sistema llamados ejecutivos. El ejecutivo, un grupo de programas de supervisión, se almacenan permanentemente en el procesador y se consideran una parte del controlador en sí mismo. Mediante el programa ejecutivo, el procesador puede realizar todo su control, procesado, comunicaciones, y otras funciones de mantenimiento.

El programa ejecutivo realiza la comunicación entre el sistema PLC y el usuario vía el dispositivo de programación. También soporta otras comunicaciones periféricas, tales como los dispositivos de campo de supervisión; lectura de los datos de diagnóstico del suministro de energía, módulos I/O, y memoria; y comunicación con una interface del operador.

El CPU  de un sistema PLC puede contener más de un procesador (o micro) para ejecutar los deberes y/o comunicaciones del sistema, debido a que los procesadores extra incrementan la velocidad de estas operaciones. Esta aproximación de usar varios microprocesadores para dividir las tareas de comunicaciones se conoce como multiprocesamiento.

Otra disposición multiprocesador tiene la inteligencia del microprocesador lejos del CPU, moviéndose a un módulo inteligente. Esta técnica usa interfaces I/O inteligentes, que contienen un microprocesador, memoria integrada, y un mini-ejecutivo que realiza tareas de control independientes. Los módulos inteligentes típicos son módulos de control proporcional-integral-derivativo (PID), que realiza control de bucle cerrado independiente del CPU, y algunas interfaces de control de servo motores y por pasos.

Los microprocesadores usados en PLCs están categorizados de acuerdo con el tamaño de la palabra, o el número de bits que se usan simultáneamente para realizar operaciones. Las longitudes de palabras estándar son 8, 16 y 32 bits. Esta longitud de palabra afecta la velocidad a la cual el procesador realiza la mayoría de las operaciones.

Procesador scan

La función básica de un controlador programable es leer todos los dispositivos de entrada de campo y luego ejecutar el programa de control, que de acuerdo a la lógica programada, cambia los dispositivos de salida de campo ON u OFF. En realidad, este último proceso de cambiar de ON a OFF ocurre en dos pasos. 

Primero, ya que el procesador ejecuta la lógica programada interna ON u OFF. La energización o desenergización de estas salidas internas,  no activará los dispositivos de salida ON u OFF. Después, cuando el procesador ha finalizado la evaluación de todos los programas de lógica de control que enciendan o apaguen los serpentines internos, realizarán y actualizarán a los módulos de interface de salida, cambiado los dispositivos de campo conectados a cada terminal de la interface ON u OFF. Este proceso de leer las entradas, ejecutando el programa, y la actualización de las salidas es conocida como scan.

Chequeo de errores y diagnóstico

El procesador de PLC constantemente comunica con subsistemas remotos y locales, o racks. Las interfaces I/O conectan estos subsistemas a dispositivos de campo localizados cerca de la CPU principal o en localizaciones remotas. La comunicación de subsistemas implica intercambio de transferencia de datos al final de cada scan de programa, cuando el procesador envía el último status de salidas al subsistema I/O y recibe el estatus de corriente de entradas y salidas. Un módulo del adaptador del subsistema I/O, localizado en la CPU, y un módulo de procesador I/O remoto, localizado en el chasis del subsistema o rack, realiza la comunicación actual entre el procesador y el subsistema.

La distancia entre el CPU y un subsistema puede variar, dependiendo del controlador, usualmente con un rango entre 300 y 4500 m. El medio de comunicación generalmente usado puede ser par-trenzado, twinaxial (cable blindado con conectores gemelos), coaxial, o cable de fibra óptica, dependiendo del PLC y la distancia.

El controlador transmite datos a subsistemas a muy altas velocidades, pero la velocidad actual varía dependiendo del controlador. El formato de datos también varía, pero es normalmente un formato binario serie compuesto por un número fijo de bits de datos (status I/O), bits de arranque y parada, y códigos de detección de error.

Las técnicas de control de errores también se incorporan en la comunicación continua entre el procesador y sus subsistemas. Estas técnicas confirman la validez de los datos transmitidos y recibidos. El nivel de sofisticación del control de errores varía de un fabricante a otro.

Alimentación de energía al sistema

El suministro de energía al sistema juega un papel principal en la operación del sistema total. Su responsabilidad no solamente proporciona voltajes DC internos a los componentes del sistema (es decir, procesador, memoria, e interfaces de entrada/salida), sino que también controlan y regulan los voltajes suministrados y avisan al CPU si hay algún error.

El suministro de energía al PLC requiere entrada de una fuente de potencia AC; sin embargo, algunos PLCs aceptarán una fuente de potencia DC. Aquellos que aceptan una fuente DC son bastante adecuados para aplicaciones como las operaciones de perforación offshore, donde se usan comúnmente las fuentes DC. La mayoría de los PLCs, sin embargo, requieren una fuente de potencia de 120 VAC o 220 VAC, mientras que unos pocos controladores aceptarán 24 VDC.

Ya que las instalaciones industriales normalmente experimentan fluctuaciones en frecuencia y voltaje de línea, un suministro de potencia PLC debe ser capaz de tolerar entre un 10 y 15 % de variaciones en las condiciones de voltaje de línea. Por ejemplo, cuando se conectan a una fuente 120 VAC, el suministro de potencia con una tolerancia de voltaje de línea de ± 10 % continuarán funcionando apropiadamente cuando el voltaje quede entre 108 y 132 VAC. Un suministro de potencia de 220 VAV con una tolerancia de línea de ± 10 % funcionará apropiadamente mientras que el voltaje quede entre 198 y 242 VAC. Cuando el voltaje de línea exceda los límites de tolerancia superiores o inferiores para una duración especificada (usualmente uno a tres ciclos AC), la mayoría de los suministros de energía tendrán un comando de apagado al procesador. Las variaciones en el voltaje de línea en algunas plantas pueden eventualmente llegar a ser perturbadas y ello puede dar como resultado pérdidas frecuentes de producción. Normalmente, en tal caso, un transformador de voltaje constante se instala para estabilizar las condiciones de la línea.

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