Curso de PLC

PLCLO S CONTROLADORES

LÓGICOS PROGRAMABLES

Saber Electrónica Nº 166 3

ARTICULO D E TAPA

Las fábricas automatizadas debenproporcionar en sus sistemas, altaconfiabilidad, gran eficiencia y fle-

xibilidad. Una de las bases principalesde tales fábricas es un dispositivo elec-trónico llamado Controlador LógicoProgramable (PLC). Este dispositivo fueinicialmente introducido en 1970 y fueevolucionando con nuevos compo-nentes electrónicos, tales como Micro-procesadores de alta velocidad, agre-gándole funciones especiales para elcontrol de procesos más complejos.Hoy los Controladores Programablesson diseñados usando lo último en di-seño de Microprocesadores y circuite-

ría electrónica lo cual proporciona unamayor confiabilidad en su operaciónen aplicaciones industriales dondeexisten peligros debido al medio am-biente, alta repetibilidad, altas tempe-raturas, ruido ambiente o eléctrico, su-ministro de potencia eléctrica no con-fiable, vibraciones mecánicas, etc.En los seminarios que he dado en elmes de febrero sobre PICs, muchasconsultas estuvieron orientadas a sa-ber las diferencias entre un PIC y unPLC. Si bien existe una diferencia bienmarcada, he comprendido que mu-chos lectores no poseen bien claro elconcepto de un PLC, por ello en esteartículo abordaremos los conceptosbásicos de estos “autómatas progra-mables”.

Autor: Horacio D. Vallejoe-mail: [email protected]

En la Web:www.editorialquark.com.ar

Tal como mencionamos ennotas anteriores, un PIC esun “circuito integrado pro-

gramable”, es decir que con él po-demos hacer un circuito integrado anuestra medida, mientras que unPLC es una máquina para controlareventos o procesos en tiempo real,lo que significa que podemos utili-zar a un PIC como base para cons-truir un PLC, también denominado“Autómata Programable” (vea SaberElectrónica Nº 132, 133 y 134).

INTRODUCCIÓN

De una manera general podemosdefinir al controlador lógico progra-mable como toda máquina electró-nica diseñada para controlar entiempo real y en medio industrialprocesos secuenciales de control. Suprogramación y manejo pueden serrealizados por personal con conoci-mientos eléctricos o electrónicos, sinprevios conocimientos sobre infor-mática.

Los Controladores Lógicos Pro-gramables, (PLCs, Programable Lo-gic Controller) nacieron a finales dela década de los 60s y principios delos 70s. Las industrias que propicia-ron este desarrollo fueron las auto-motrices. Ellas usaban sistemas in-dustriales basadas en relevadores(relés), en sus sistemas de manufac-tura.

Buscando reducir los costos delos sistemas de control, la GeneralMotors preparó en 1968 ciertas es-pecificaciones detallando un "Con-trolador Lógico Programable". Estasespecificaciones definían unsistema de control por releva-dores que podían ser asociadosno solamente a la industriaautomotriz, sino prácticamente acualquier industria de manufactura.Estas especificaciones interesaron a

ciertas compañías tales como GE-Fanuc, Reliance Electric, MODI-CON, Digital Equipment Co., detal forma que el resultado de su tra-bajo se convirtió en lo que hoy seconoce como Controlador LógicoProgramable.

Los PLCs surgen como equiposelectrónicos sustitutos de los siste-mas de control basados en relevado-res, que se hacían más complejos loque arrojaba ciertas dificultades encuanto a la instalación de los mis-

mos. Los altos costos de operación ymantenimiento y la poca flexibili-dad y confiabilidad de los equiposcomo así también el costo excesivo,impulsaron el desarrollo de losnuevos autómatas.

Los primeros PLCs se usaron so-lamente como reemplazo de releva-dores, es decir, su capacidad se re-ducía exclusivamente al control On-Off (de dos posiciones) en máqui-nas y procesos industriales. De he-cho todavía se siguen usando enmuchos casos como tales. La grandiferencia con los controles por rele-vador fue su facilidad de instala-ción, ocupan menor espacio, costoreducido, y proporcionan autodiag-nósticos sencillos.

En la década de los 70s con elavance de la electrónica, la tecnolo-

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Artículo de Tapa

AUTOMATISMOS Y AUTOMATIZACIÓN

Se define como automatismo, al dispositivo eléctrico, electróni-co, hidráulico, neumáticos, etc. en una máquina o dispositivo,para lograr que funcione de forma automática. La forma actual y general para realizar dichos procesos, es la uti-lización de PLC´s , del inglés Programmable Logic Control, di-cho en castellano sería Control Lógico Programable.Dicho equipo es un elemento electrónico creado para el controlde procesos secuenciales, y su lenguaje acapara todas las posibi-lidades tales como contactos serie, en paralelo, contadores, des-plazamientos, temporizadores, y funciones muchísimo más com-plejas.La visión externa del PLC es de forma robusta dado que tieneque "aguantar" situaciones industriales extremas. Generalmentese diferencian notablemente los terminales de las entradas, sali-das, etc., que es de donde recibe y da la información necesaria.Existen dos tipos de formato, los compactos y los modulares.Los compactos se utilizan generalmente, en instalaciones peque-ñas que requieran pocas señales.Los modulares son conexionados entre sí, mediante cables espe-ciales, conectores o a través de un chasis, quedando bien diferen-ciado todos los componentes que lo forman, como pueden ser lafuente de alimentación, la CPU, los módulos de entradas y sali-das digitales, analógicas, de comunicación, especiales, etc.

gía de los microprocesadores agregófacilidad e inteligencia adicional alos PLCs generando un gran avancey permitiendo un notorio incre-mento en la capacidad de interfasecon el operador, ampliación de da-tos, uso de términos de video, desa-rrollo de programas, etc.

De a poco se fue mejorando laidea inicial de los PLCs convirtién-dose en lo que ahora son, SistemasElectrónicos Versátiles y Flexibles.

El Control Lógico Programablees ideal para ser operado en condi-ciones críticas industriales, ya quefue diseñado y concebido para suuso en el medio ambiente indus-trial.

Los PLC ofrecen muchas venta-jas sobre otros dispositivos de con-trol tales como relés, temporizadoreselectrónicos, contadores y controlesmecánicos como del tipo tambor.

Cuando se decidió implementarun sistema diferente para mejorar eldesempeño industrial de una em-presa, los ingenieros de la GeneralMotors pensaron que dicho disposi-tivo debería reunir las siguientescualidades:

1. El dispositivo de control debe-ría ser fácil y rápidamente progra-mable por el usuario con un míni-mo de interrupción.

2. Todos los componentes del sis-tema deberían ser capaces de operaren plantas industriales sin un espe-cial equipo de soporte, de hardwareo de ambiente.

3. El sistema tenía que ser de fá-cil mantenimiento y reparación. Te-

nía que incluir indicadores de statuspara facilitar las reparaciones y labúsqueda de errores.

4. El sistema tenía que ser pe-queño y debía consumir menor po-tencia que los sistemas de controlpor relevadores.

5. Tenía que ser capaz de comu-nicarse con un sistema central dedatos para propósitos de monitoreo.

6. Las señales de salida tenían quepoder manejar arranques de motores yválvulas solenoides que operan con latensión de red de C.A.

7. Debía ser competitivo en costode venta e instalación, respecto delos sistemas en base a relevadores.

Los PLC actuales no solamentecumplen estos requisitos si no que

Los Controladores Lógicos Programables


HISTORIA DE LOS PLCS (1)

Los PLC's se introdujeron por primera vez en la industria en1960 aproximadamente. La razón principal de tal hecho fue lanecesidad de eliminar el gran costo que se producía al reempla-zar el complejo sistema de control basado en relés y contacto-res. Bedford Associates propuso algo denominado ControladorDigital Modular (MODICON, MOdular DIgital CONtroler) aun gran fabricante de coches. Otras compañías propusieron a lavez esquemas basados en ordenador, uno de los cuales estaba ba-sado en el PDP-8. El MODICON 084 resultó ser el primerPLC del mundo en ser producido comercialmente. El problema de los relés era que cuando los requerimientos deproducción cambiaban también lo hacía el sistema de control.Esto comenzó a resultar bastante caro cuando los cambios fue-ron frecuentes. Dado que los relés son dispositivos mecánicos yposeen una vida limitada se requería una estricta manutenciónplanificada. Por otra parte, a veces se debían realizar conexionesentre cientos o miles de relés, lo que implicaba un enorme es-fuerzo de diseño y mantenimiento. Los "nuevos controladores" debían ser fácilmente programablespor ingenieros de planta o personal de mantenimiento. El tiem-po de vida debía ser largo y los cambios en el programa teníanque realizarse de forma sencilla. Finalmente se imponía que tra-bajaran sin problemas en entornos industriales adversos. La so-lución fué el empleo de técnica de programación familiar yreemplazar los relés mecánicos por relés de estado sólido. A mediados de los 70 las tecnologías dominantes de los PLCeran máquinas de estado secuenciales y CPU basadas en despla-zamiento de bit. Los AMD 2901 y 2903 fueron muy popularesen el Modicon y PLC's A-B.Los microprocesadores convencionales cedieron la potencia ne-cesaria para resolver de forma rápida y completa la lógica de lospequeños PLC's. Por cada modelo de microprocesador había unmodelo de PLC basado en el mismo. No obstante, el 2903 fuede los más utilizados.

lo superan. El PLC actual es unacomputadora de propósito específi-co que proporciona una alternativamás flexible y funcional para los sis-temas de control industriales.

Es un aparato electrónico opera-do digitalmente que usa una memo-ria programable para el almacena-miento interno de instrucciones lascuales implementan funciones espe-cíficas tales como lógicas, secuencia-les, temporización, conteo y aritmé-ticas, para controlar a través de mó-

dulos de entrada/salida digitales yanalógicas, varios tipos de máquinaso procesos. Una computadora digi-tal que es usada para ejecutar lasfunciones de un controlador progra-mable, se puede considerar bajo esterubro, se excluyen los controles se-cuenciales mecánicos.

Al PLC también se le puede defi-nir como una "caja negra" en laque existen terminales de entrada alos que se conectarán pulsadores, fi-

nales de carrera, fotoceldas, detecto-res, etc., terminales de salida a losque se le conectarán bobinas de con-tactores, electroválvulas, lámparas,etc., de tal forma que la actuaciónde esos últimos están en función delas señales de entrada que estén ac-tivadas en cada momento, según elprograma almacenado.

La tarea del usuario se reduce arealizar el "programa" que no esmás que la relación entre las señalesde entrada que se tienen que cum-plir para activar cada salida.

De esta manera, los PLC debenincluir algún tipo de dispositivo ló-gico programable.

¿QUÉ ES LA LÓGICA

PROGRAMABLE?

La lógica programable, es unafamilia de componentes que contie-nen conjuntos de elementos lógicos(AND, OR, NOT, LATCH, FLIP-FLOP, etc.) que pueden configurar-se para que cumplan cualquier fun-ción lógica que el usuario desee yque el componente soporte.

Podríamos decir que los DLPson la “antesala” de los PLC (con-troladores lógicos programables.

Estructura básica de un PLD (DLP)

Un dispositivo programable porel usuario es aquel que contiene unaarquitectura general predefinida enla que el usuario puede programarel diseño final del dispositivo em-pleando un conjunto de herramien-tas de desarrollo. Las arquitecturasgenerales pueden variar pero nor-malmente consisten en una o másmatrices de puertas AND y OR pa-ra implementar funciones lógicas.


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HISTORIA DE LOS PLCS (2)

Las habilidades de comunicación comenzaron a aparecer en1973 aproximadamente. El primer sistema fué el bus Modicon(Modbus). El PLC podía ahora dialogar con otros PLC's y enconjunto podían estar aislados de las máquinas que controlaban.Tambien podían enviar y recibir señales de tensión variables, en-trando en el mundo analógico. Desafortunadamente, la falta deun estándar acompañado con un continuo cambio ha hecho quela comunicación de PLC's sea un maremagnum de sistemas fís-icos y protocolos incompatibles entre sí. No obstante fue unagran década para los PLC's. En los 80 se produjo un intento de estandarización de las comu-nicaciones con el protocolo MAP (Manufacturing AutomationProtocol) de General Motor's. También fue un tiempo en el quese redujeron las dimensiones del PLC y se pasó a programar conprogramación simbólica a través de ordenadores personales envez de los clásicos terminales de programación. Hoy día el PLCmás pequeño es del tamaño de un simple relé. Los 90 han mostrado una gradual reducción en el número denuevos protocolos, y en la modernización de las capas físicas delos protocolos más populares que sobrevivieron a los 80. El últi-mo estándar (IEC 1131-3) intenta unificar el sistema de progra-mación de todos los PLC en un único estándar internacional.Ahora disponemos de PLC's que pueden ser programados endiagramas de bloques, lista de instrucciones, C y texto estructu-rado al mismo tiempo. Los PC están comenzando a reemplazar al PLC en algunas apli-caciones, incluso la compañía que introdujo el Modicon 084 hacambiado al control basado en PC. Por lo cual, no sería de ex-trañar que en un futuro no muy lejano el PLC desaparezca fren-te al cada vez más potente PC, debido a las posibilidades que es-te último puede proporcionar.

Muchos dispositivos también con-tienen combinaciones de flip-flops ylatches que pueden usarse como ele-mentos de almacenaje para entraday salida de un dispositivo. Los dis-positivos complejos contienen ma-crocélulas. Las macrocélulas permi-ten al usuario configurar el tipo deentradas y salidas necesarias en eldiseño. Hay varias clases de disposi-tivos lógicos programables: ASICs,FPGAs, PLAs, PROMs, PALs,GALs, etc. Veamos brevemente cadauno de ellos:

Circuitos Integrados Específicos, ASIC Los ASIC (Circuitos Integrados

de Aplicación Específica) son dispo-sitivos definibles por el usuario.

A diferencia de otros dispositi-vos, pueden contener funcionesanalógicas, digitales, y combinacio-nes de ambas. En general, son pro-gramables mediante máscara y noprogramables por el usuario. Estosignifica que los fabricantes configu-rarán el dispositivo según las especi-ficaciones del usuario. Se usan paracombinar una gran cantidad de fun-ciones lógicas en un dispositivo. Sinembargo, estos dispositivos tienenun costo inicial alto, por lo tanto seusan principalmente cuando es ne-cesario una gran cantidad.

Memorias PROMLas PROM son memorias pro-

gramables de sólo lectura. Aunqueel nombre no implica la lógica pro-gramable, las PROM, son de hechológicas.

La arquitectura de la ma-yoría de las PROM con-siste generalmente encompuertas AND quealimentan una matrizprogramable OR.Se usan principalmentepara decodificar señales

de entrada con el objeto de obtenerdistintas combinaciones de salida.

Dispositivos Programables de matriz, PALLa arquitectura interna de estos

componentes consiste en un con-junto de compuertas AND progra-mables que alimentan a otras ORfijas. Todas las entradas a la matrizpueden ser combinadas mediantedispositivos AND entre sí, pero lostérminos AND específicos se conec-tan a términos OR específicos.

Las PAL tienen una arquitecturamuy popular y son probablementeel tipo de dispositivo programablepor usuario más empleado.

Si un dispositivo contiene ma-crocélulas, comúnmente tendrá unaarquitectura PAL. Las macrocélulastípicas pueden programarse comoentradas, salidas, o entrada/salida(e/s) usando una habilitación de tresestados. Tienen registros de salidaque pueden usarse o no conjunta-mente con el pin de entrada/salidaasociado. Otras combinaciones tie-nen más de un registro, varios tiposde realimentación en las matrices, yocasionalmente realimentación en-tre macrocélulas.

Matriz LógicaGenérica GALLas GAL son dis-

positivos de matriz ló-gica genérica. Estándiseñados para emularmuchas PAL pensadaspara el uso de macro-células. Si un usuario

tiene un diseño que se implementausando varias PAL comunes, puedeconfigurar varias de las mismasGAL para emular cada uno de losotros dispositivos. Esto reducirá elnúmero de dispositivos diferentesen existencia. Estos dispositivos soneléctricamente borrables.

Matrices Lógicas Programables, PLALas PLA son matrices lógicas

programables. Estos dispositivoscontienen compuertas AND y ORprogramables lo que permite a cual-quier término AND alimentar cual-quier término OR. Las PLA proba-blemente tienen la mayor flexibili-dad frente a otros dispositivos conrespecto a la lógica funcional. Nor-malmente poseen realimentacióndesde la matriz OR hacia la matrizAND que puede usarse para imple-mentar máquinas de estado asíncro-nas. La mayoría de las máquinas deestado, sin embargo, se implemen-tan como máquinas síncronas. Conesta perspectiva, los fabricantes crea-ron un tipo de PLA denominadoSecuencial que posee registros derealimentación desde la salida de lamatriz OR hacia la matriz AND.

Dispositivos Lógicos Programables ComplejosLos PLDs complejos son lo que

el nombre implica, DispositivosComplejos de Lógica Programable.Se consideran PAL muy grandesque tienen algunas características delas PLA. La arquitectura básica esmuy parecida a la PAL con la capa-



cidad para aumentar la cantidad decompuertas AND para cualquiercompuerta OR fija. Esto se puederealizar quitando compuertas ANDadyacentes o empleando compuer-tas AND desde una matriz. Estopermite que cualquier diseño puedaser implementado dentro de estosdispositivos.

Matrices de Compuertas Programables, FPGALas FPGA son Campos de Ma-

trices de Puertas Programables. Se trata de matrices de compuer-

tas eléctricamente programables que

contienen múltiples niveles de lógi-ca.

Se caracterizan por altas densida-des de compuerta, alto rendimiento,un número grande de entradas y sa-lidas definibles por el usuario, unesquema de interconexión flexible, yun entorno de diseño similar al dematriz de puertas. No están limita-das a la típica matriz AND-OR. Sinembargo, contienen una matriz in-terna configurable de relojes lógicos(CLBs) y un anillo de circunvala-ción de bloques de e/s (IOBs).

Cada CLB contiene lógica pro-gramable combinacional y registros

de almacenamiento. La sección delógica combinacional es capaz deimplementar cualquier función boo-leana de sus variables de entrada.

Cada IOB puede programarseindependientemente para ser unaentrada, y salida con control tri-es-tate (de tres estados) o un pin bidi-reccional. También contiene flip-flops que pueden usarse como buf-fers de entrada y salida. Los recursosde interconexión son una red de lí-neas que corren horizontalmente yverticalmente las filas y columnasentre el CLBS.

Los interruptores programablesconectan las entradas y salidas deIOBS y CLBS a líneas cercanas. Laslíneas largas recorren la longitud en-tera del dispositivo, estableciendointercambios para proporcionar unadistribución de señales críticas conla mínima demora o distorsión.

Los diseñadores que usan FP-GAs pueden definir funciones lógi-cas en un circuito y revisar estasfunciones como sea necesario. Así,las FPGAs pueden diseñarse y veri-ficarse en unos días, a diferencia delas varias semanas necesarias para lasmatrices de puerta programables.

APLICACIÓN DE LOS PLC

El PLC por sus especiales carac-terísticas de diseño tiene un campode aplicación muy extenso. La cons-tante evolución del hardware y soft-ware amplía continuamente estecampo para poder satisfacer las ne-cesidades que se detectan en el as-pecto de sus posibilidades reales.

Su utilización se da fundamen-talmente en aquellas instalacionesen donde es necesario realizar pro-cesos de maniobra, control, señali-zación, etc. Por tanto, su aplicaciónabarca desde procesos de fabricaciónindustrial de cualquier tipo al de


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SOBRE LOS USOS DEL PLC

Sus reducidas dimensiones, la facilidad de su montaje e imple-mentación, la posibilidad de almacenar los programas para suposterior y rápida utilización, la modificación o alteración de losmismos, etc., hace que su eficiencia se aprecie fundamentalmen-te en procesos en que se reducen necesidades tales como:

Espacio reducidoProcesos de producción periódicamente cambiantesProcesos secuencialesMaquinaria de procesos variablesInstalación de procesos complejos y ampliosChequeo de programación centralizada de las partes del proceso

Se pueden encontrar PLCs fácilmente en:

Maquinaria industrial del mueble y la maderaMaquinaria en proceso de arena y cementoMaquinaria en la industria del plásticoMáquinas herramientas complejasMáquinas de transferenciaInstalaciones de aire acondicionado y calefacciónInstalaciones de seguridadInstalaciones de almacenamiento y transporteInstalaciones de plantas embotelladorasInstalaciones en la industria automotrizInstalación de tratamientos térmicosInstalaciones de la industria azucareraInstalaciones de la industria plástica

transformaciones industriales, con-trol de instalaciones, etc.

Aunque el PLC fue originalmen-te diseñado como un dispositivo dereemplazo de control industrial, hoyse los emplea en inumerables aplica-ciones para que cumplan las necesi-dades de los usuarios. Los PLC es-tán diseñados modularmente y porlo tanto con posibilidades de poderexpanderse para satisfacer las necesi-dades de la industria. Es importanteque a la aplicación de un PLC sepuede considerar los beneficios delas futuras expansiones.

PERO ENTONCES, ¿QUÉ ES UN PLC?

Se entiende por controlador ló-gico programable (PLC) a toda má-quina electrónica diseñada paracontrolar en tiempo real y en medioindustrial procesos secuenciales.

Sin embargo, esta definición estáquedando obsoleta, ya que han apa-recido los micro-plc's, destinados a

pequeñas necesidades y al alcancede cualquier persona. Tal como co-mentamos, un PLC suele emplearseen procesos industriales que tenganuna o varias de las siguientes necesi-dades:

Espacio reducido. Procesos de producción variables. Procesos de producción secuenciales. Instalaciones de procesos complejos.

Necesidades de chequeo de progra-mación centralizada de las partes delproceso.

De esta manera, son ampliamen-te utilizados en el control de manio-bras de máquinas, maniobra de ins-talaciones y en aplicaciones de seña-lización y control.

No podemos dejar de lado lospequeños PLCs para uso más perso-nal (que se pueden emplear, incluso,para automatizar procesos en el ho-gar, como la puerta de una cocherao las luces de la casa).

Cabe aclarar que, si bien uno delos inconvenientes de utilizar estosdispositivos radica en la capacita-ción del personal que los va a utili-zar, en la mayoría de las universida-des de la especialidad, se enseñatanto el funcionamiento como suempleo por lo cual es un tema su-perado. En cuanto al costo tampocohay problema, ya que hay PLCs pa-ra todas las necesidades y a preciosbajos.

ESTRUCTURA DE UN PLC

Todos los PLCs comerciales po-seen una estructura externa compac-



VENTAJAS Y DESVENTAJAS DE LOS PLC'S

Entre la ventajas del uso de los PLC’s tenemos:

Menor tiempo de elaboración de proyectos. Posibilidad de añadir modificaciones sin costo añadido en otros compo-nentes. Mínimo espacio de ocupación. Menor costo de mano de obra. Mantenimiento económico. Posibilidad de gobernar varias máquinas con el mismo autómata. Menor tiempo de puesta en funcionamiento.

Si el autómata queda pequeño para el proceso industrial puedeseguir siendo de utilidad en otras máquinas o sistemas de pro-ducción.

En cuanto a las desventajas, sólo podemos mencionar la necesi-dad de adiestramiento de personal y su “posible” costo elevado.

Figura 1

ta en la que están todos los elemen-tos (en un solo).

Sin embargo, podemos decir queexisten básicamente dos formas ex-ternas de presentación de los PLCs,una modular y la otra compacta.

En cuanto a la estructura modu-lar existen:

Estructura americana: separa lasE/S del resto del autómata.

Estructura europea: cada móduloes una función (fuente de alimenta-ción, CPU, E/S, etc.).

Los micro-plcs suelen venir sincaja, en formato kit, ya que su em-pleo no es determinado y se sueleincluir dentro de un conjunto másgrande de control o dentro de lamisma maquinaria que se debe con-trolar.

En la figura 1 se muestra el dia-grama en bloques correspondiente ala estructura interna de un PLC tí-pico, en él podemos ver lo siguien-te:

En la parte inferior del diagramapodemos observar la comunicacióndel PLC con el exterior, así tenemosRegistros de entrada y salida de da-tos y puertas de expansión. A ellasse conectan las secciones de entraday de salida.

Sección de entradas: se trata delíneas de entrada, las cuales puedenser de tipo digital o analógico. Enambos casos se tienen rangos detensión característicos, los cuales seencuentran en las hojas de caracte-rísticas dadas por el fabricante. A es-tas líneas conectaremos los sensors,y las líneas de transmisión.

Sección de salidas: son una seriede líneas, que también pueden serde caracter digital o analógico. Aestas líneas conectaremos los actua-dores.

Tanto las entradas como las sali-das están aisladas de la CPU según

el tipo de autómata que utili-cemos. Normalmente se sue-len emplear optoacopladoresen las entradas y relés/optoa-copladores en las salidas.

Un elemento importantees el microprocesador que for-ma parte del “corazón” de laCPU.

La unidad central de pro-ceso (CPU) se encarga de pro-cesar el programa de usuarioque le introduciremos. Paraello disponemos de diversaszonas de memoria, registros, einstrucciones de programa(parte superior del diagramaen bloques).

Adicionalmente, en determina-dos modelos más avanzados, pode-mos disponer de funciones ya inte-gradas en la CPU; como regulado-res PID, control de posición, etc.

Muchos equipos poseen unaunidad de alimentación (algunasCPU la llevan incluida).

También se dispone de una uni-dad o consola de programación quenos permitirá introducir, modificary supervisar el programa de usuario.

Los dispositivos periféricos, co-mo nuevas unidades de E/S, másmemoria, unidades de comunica-ción en red, etc., y las interfases fa-cilitan la comunicación del autóma-ta mediante enlace serie con otrosdispositivos (como un PC).

La MemoriaDentro de la CPU disponemos

de un área de memoria, la cual po-see “varias secciones” encargadas dedistintas funciones. Así tenemos:

Memoria del programa de usua-rio: aquí introduciremos el progra-ma que el PLC va a ejecutar cíclica-mente.

Memoria de la tabla de datos: esla zona encargada de atribuir lasfunciones específicas del programa.

Se suele subdividir en zonas segúnel tipo de datos (como marcas dememoria, temporizadores, contado-res, etc.).

Memoria del sistema: aquí se en-cuentra el programa en código demáquina que monitoriza el sistema(programa del sistema o firmware).Este programa es ejecutado directa-mente por el microprocesador/mi-crocontrolador que posea el PLC.

Memoria de almacenamiento: setrata de una memoria externa queempleamos para almacenar el pro-grama de usuario, y en ciertos casosparte de la memoria de la tabla dedatos. Suele ser de uno de los si-guientes tipos: EPROM, EEPROM,o FLASH.

Cada PLC divide su memoria deesta forma genérica, haciendo sub-divisiones específicas según el mo-delo y fabricante.

CPULa Unidad de proceso Central

(CPU) es el corazón del PLC. Es laencargada de ejecutar el programade usuario mediante el programadel sistema (es decir, el programa deusuario es interpretado por el pro-grama del sistema). Sus funciones


Artículo de Tapa

Figura 2

son vigilar que el tiempo de ejecu-ción del programa de usuario no ex-ceda un determinado tiempo máxi-mo (tiempo de ciclo máximo). A es-ta función se la suele denominarWatchdog (perro guardián).

También se encarga de ejecutarel programa de usuario, crear unaimagen de las entradas, ya que elprograma de usuario no debe acce-der directamente a dichas entradas.

Otra función es la de renovar elestado de las salidas en función dela imagen de las mismas obtenida alfinal del ciclo de ejecución del pro-grama de usuario.

Por último, también se encargade realizar el chequeo del sistema.

Para ello el PLC posee un ciclode trabajo, que ejecutará de formacontinua el diagrama de flujo mos-trado en la figura 2.

Unidades de E/SGeneralmente se dispone de dos

tipos de E/S:

- Digital. - Analógica.

Las E/S digitales se basan en elprincipio de todo o nada, es decir ono conducen señal alguna o poseenun nivel mínimo de tensión. EstasE/S se manejan nivel de bit dentrodel programa de usuario.

Las E/S analógicas pueden po-seer cualquier valor dentro de unrango determinado especificado porel fabricante. Se basan en converso-res A/D y D/A aislados de la CPU(ópticamente o por etapa de poten-cia). Estas señales se manejan a nivelde byte o palabra (8/16 bits) dentrodel programa de usuario.

Las E/S son leidas y escritas de-pendiendo del modelo y del fabri-cante, es decir pueden estar inclui-das sus imágenes dentro del área dememoria o ser manejadas a través

de instrucciones específicas de E/S.

InterfacesTodo PLC, salvo casos excepcio-

nales, posee la virtud de poder co-municarse con otros dispositivos(como un PC).

Lo normal es que posea una in-terfase serie del tipo RS-232 / RS-422.

A través de esta línea se puedenmanejar todas las características in-ternas del controlador, incluida laprogramación del mismo, y sueleemplearse para monitorización delproceso en otro lugar separado.

Unidades de ProgramaciónLa programación del PLC puede

ser hecha por una unidad de pro-gramación que suele ser en formade calculadora. Es la forma mássimple de programar el equipo, y sesuele reservar para pequeñas modifi-caciones del programa o la lecturade datos en el lugar de colocacióndel equipo.

También se puede usar una con-sola de programación. Es un termi-nal a modo de ordenador que pro-porciona una forma más cómoda derealizar el programa de usuario yobservar parámetros internos delPLC. Desfasado actualmente.

El modo más empleado paraprogramar un PLC es mediante unacomputadora tipo PC. Permite pro-gramar desde un ordenador perso-nal estándar, con todo lo que ellosupone: ”herramientas más poten-tes, posibilidad de almacenamientoen soporte magnético, impresión,transferencia de datos, monitoriza-ción mediante software SCADA,etc”.

Para cada caso el fabricante pro-porciona lo necesario, bien el equi-po o el software/cables adecuados.Cada equipo, dependiendo del mo-delo y fabricante, puede poseer una

conexión a uno o varios de los ele-mentos anteriores. En el caso de losmicro-plc se escoge la programaciónpor PC o por unidad de programa-ción integrada en la propia CPU.

Dispositivos PeriféricosEl PLC, en la mayoría de los ca-

sos, puede ser ampliable. Las am-pliaciones abarcan un gran abanicode posibilidades, que van desde lasredes internas (LAN, etc.), módulosauxiliares de E/S, memoria adicio-nal... hasta la conexión con otrosautómatas del mismo modelo.

Cada fabricante facilita las posi-bilidades de ampliación de sus mo-delos, los cuales pueden variar in-cluso entre modelos de la misma se-rie. ✪



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