Lo básico sobre programación de autómatas programables (PLC) (1ª PARTE)

La ingeniería de control viene desarrollándose desde hace años. La automatización comenzó cuando se desarrollaron los primeros controles eléctricos basados en relés. Estos relés permiten encender y apagar circuitos sin un interruptor mecánico. En los años 70 se desarrollaron los autómatas programables (PLC) como la opción más común para los controles de fabricación.

Lógica de escalera

La lógica de escalera es el método principal de programación de los PLCs, y se desarrolló imitando la lógica de relé.

Los sistemas de control modernos todavía incluyen relés, pero raramente se usan para propósitos lógicos. Un relé es un dispositivo simple que usa un campo magnético para controlar un interruptor, cuando un voltaje se aplica a la bobina de entrada, la corriente resultante crea un campo magnético. El campo magnético tira o empuja un interruptor metálico para abrir o cerrar un contacto.  El contacto que se cierra cuando la bobina está energizada se llama normalmente abierto. Los contactos normalmente cerrados se tocan cuando la bobina de entrada no está energizada.

Los relés se dibujan normalmente de forma esquemática usando un círculo para representar la bobina de entrada. Los contactos de salida se representan con dos líneas paralelas. Los contactos normalmente abiertos se muestran con dos líneas, y estarán abiertos (no conduciendo) cuando la entrada no está energizada. Los contactos normalmente cerrados se muestran con dos líneas con una línea diagonal a través de ellos.  Cuando la bobina de entrada no está energizada los contactos normalmente cerrados estarán cerrados (conduciendo).

Ilustración 1. Configuración y esquema de relé simple

Los relés se utilizan para permitir que una fuente de energía se cierre o conmute por otra (a menudo a corrientes alta) fuente de potencia, mientras las mantiene aisladas. Un ejemplo de un relé en una aplicación de control simple lo mostramos en la siguiente figura. En este sistema el primer relé de la izquierda se usa como normalmente cerrado y permitirá que la corriente fluya hasta que un voltaje se aplique a la entrada A. El segundo relé está normalmente abierto y no permite que la corriente fluya hasta que el voltaje se aplique a la entrada B. Si la corriente está fluyendo a través del primero de los dos relés entonces la corriente fluirá a través de la bobina en el tercer relé, y cerrará el interruptor para salida C. El circuito puede representarse en forma de lógica de escalera.

Conexiones de autómatas programables en un proceso

Cuando un proceso se controla con un PLC usa las entradas de los sensores para tomar decisiones y actualiza las salidas para impulsar actuadores. Vemos un ejemplo en la figura anterior. El proceso tiene lugar en tiempo real que cambiará con el tiempo. Los actuadores llevarán el sistema a nuevos estados (o modos de operación). Esto significa que el controlador está limitado por los sensores disponibles, si una entrada no está disponible, el controlador no tendrá forma de detectar una condición.

El bucle de control es un ciclo continuo de las entradas de lectura del PLC, resuelve la lógica de la escalera, y luego cambia las salidas. En la siguiente figura se muestra el ciclo de operación básica de un PLC. Cuando la potencia se enciende inicialmente el PLC hace un control de estado para asegurar que el hardware está trabajando correctamente. Si hay un problema el PLC parará e indicará que hay un error. Por ejemplo, si la batería de apoyo del PLC está baja y se ha perdido la potencia, la memoria estará corrupta y esto originará un fallo. Si el PLC pasa el control de estado inicial entonces leerá todas las entradas. Después de que los valores de entrada se almacenen en la memoria se resolverá la lógica de escalera usando valores almacenados no los valores corrientes. Esto se hace para prevenir problemas de la lógica cuando las entradas cambian durante el rastreo de la lógica de escalera. Cuando el rastreo de la lógica de escalera se completa las salidas serán rastreadas (los valores de salida cambiarán). Después de esto el sistema vuelve a hacer un control de estado, y el bucle continua indefinidamente. Al contrario que los ordenadores normales, el programa entero funcionará “run” en cada rastreo “scan”.

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