ARQUITECTURA DE LOS CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES (PLC)

ARQUITECTURA DE LOS CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES (PLC)

 


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


A. CPU (CENTRAL PROCESS UNIT)

El CPU es un elemento inteligente que está en capacidad de leer e interpretar las instrucciones cargadas en la memoria y sobre la base de los estados de las entradas, toma de decisiones sobre las salidas.

Generalmente, todas las unidades de procesamiento de los PLC están basadas en microprocesadores de 8, 16 ó 32 bits, los cuales tienen capacidad de manejar los comandos e instrucciones de entradas, los estados de las señales, también proveen la capacidad de procesamiento lógico, la cual se encarga de resolver lógica booleana, temporización, secuenciamiento, suma, resta, multiplicación, división y conteo.

Se debe tener cuidado al estudiar los requerimientos de la aplicación de control para decidir cuáles  deben ser las características del equipo que se pretende instalar, y cuáles son las posibles necesidades futuras.  Otro factor que debe ser considerado al elegir un PLC es el tiempo que este requiere para hacer el recorrido por todo el programa,  este proceso es llamado SCAN.

 

 

CICLO DE SCAN

El ciclo de barrido o SCAN es uno de los parámetros más importantes en un PLC y es una de sus características que lo diferencian de la RTUs.

Durante un SCAN el PLC ejecuta las siguientes acciones:

 

  1. Lectura de las Señales de Entradas

En este paso el CPU obtiene las entradas que están presentes en ese instante.

  1. Ejecución de Instrucciones Lógicas

Paso en cual el CPU ejecuta las instrucciones contenidas en la lógica del diagrama escalera  (RLL, Relay Logic Ladder), en diagrama de bloques lógicos o en secuencias de instrucciones.

  1. Escritura de las señales de salida a los módulos de salida específicos.
  2. Servicio de Periféricos, Diagnóstico y Comunicación.

 

El CPU se comunica con sus periféricos para chequeo de errores para la comunicación.  Verifica el estado del procesador en cuanto a: Memoria, Procesador, Batería y Fuente de Poder.

    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ciclo de Servicio de un PLC.

 

 

 

 

B. MEMORIA

 

La memoria es el lugar en donde se almacena el programa principal y toda la data inherente a la lógica de control.  La memoria varía de acuerdo a su tipo y a su capacidad.  Según su tipo pueden ser:  ROM (Read Only Memory), RAM (Random Access Memory), PROM (Programmable Read Only Memory), EEPROM (Electrical Erasable Programmable Read Only Memory). 

Según su capacidad: la memoria de los controladores programables pueden ser vistas como un conjunto de celdas que almacenan unidades de información, de acuerdo al sistema binario “1” o “0”.  La capacidad de la memoria es un elemento vital cuando se esta considerando la aplicación del PLC. 

Se debe especificar la cantidad justa de memoria que respalde el hardware y al mismo reservar capacidad para requerimientos futuros.  La cantidad de memoria de aplicación se especifica en términos de K unidades, donde cada K representa 1024 palabras (words) de localizaciones, 2K es 2048 localizaciones, 4K es 4096, y así sucesivamente.

 

 

C. FUENTE DE PODER

 

Usualmente los suministros de voltaje de los PLC, requieren fuentes de poder AC; sin embargo, algunos PLC aceptan entradas de fuentes DC, estos son muy solicitados para aplicaciones en las operaciones de las plataformas de operación que están mar adentro donde comúnmente se usan las fuentes DC. 

Los requerimientos más comunes son la fuentes de 120 VAC o 220 VAC, mientras algunos pocos controladores aceptan 24 VDC.

En vista de que es una experiencia común encontrar en las industrias fluctuaciones en las líneas de voltaje y en la frecuencia, una especificación importante para la fuente de poder de un PLC es la de tolerar ciertas condiciones de variación en la línea que está entre un 10% y un 15%. 

Cuando la línea de voltaje excede estos límites ya sea por arriba o por debajo durante un tiempo especifico (usualmente de 1 a 3 ciclos), muchas fuentes de poder están diseñadas para emitir un comando de parada (Shutdown) al procesador.

El sistema de suministro de poder provee la tensión DC para el circuito lógico del CPU y los circuitos de entrada / salida (E/S).  Cada fuente de poder tiene una máxima cantidad de corriente que puede proveer a un nivel de voltaje dado (por ejemplo 10 A a 5 V). 

La cantidad de corriente que puede dar una fuente de poder no siempre es la suficiente para suplir combinaciones particulares de los módulos de E/S.  En los casos de condiciones de corriente baja habría un resultado impredecible en el sistema de E/S.  Estos efectos deben ser considerados cuidadosamente al momento de hacer las combinaciones de los módulos de E/S en el diseño  del PLC, tomando el cuenta cuales son los requerimientos de corriente y voltaje del sistema de entradas y salidas E/S.  Las especificaciones típicas de los requerimientos de voltaje y corriente de los módulos de E/S, deben ser suministrados por el fabricante de los mismos.

 

 

D. SISTEMA DE ENTRADAS / SALIDAS

 

La característica principal que hace extremadamente atractivo a un PLC y que lo diferencia de un computador es su sistema de entradas y salidas (E/S) compuesto en la mayoría de los casos por módulos diseñados especialmente para proveer la conexión física entre el mundo exterior (Equipos de Campo) y la unidad de procesamiento. 

Esta es la conexión real entre el CPU y del PLC y los dispositivos de campo. 

A través de varios circuitos de interfaz y el uso de los dispositivos de campo (Sensores de Limites, Transductores, etc), el controlador puede censar y medir cantidades físicas requeridas a máquinas de procesos tales como: proximidad posición movimiento, nivel, temperatura, presión, voltaje. 

Basados en el estado de los dispositivos de campo censados o los valores medidos en el proceso, el CPU emite comandos que controlan variados dispositivos así como son válvulas, motores, bombas y alarmas. 

Resumiendo la interfaz de Entradas / Salidas es el sentido y hábil motor requerido por el CPU para ejercer el control sobre maquinas y procesos.

 Los antiguos predecesores de los PLC de hoy, estaban limitados a interfaces de entradas /  salidas discretas, lo cual permitía conectar dispositivos del tipo ON / OFF.  Esta limitación permitía al PLC solo un control parcial de muchos procesos. 

Estos procesos requerían aplicaciones de medidas analógicas y manipulación de valores numéricos para el control de dispositivos analógicos y de instrumentación.  Los controladores de hoy, sin embargo, tienen un rango completo y variedad de interfaces analógicas y discretas que les permiten a ellos ser aplicados prácticamente en cualquier tipo de control.

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