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:
- Lectura
de las Señales de Entradas
En este paso el CPU obtiene las
entradas que están presentes en ese instante.
- 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.
- Escritura de las señales de salida a los módulos
de salida específicos.
- 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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