antes de la llegada de los circuitos lógicos de estado sólido, los sistemas de control lógico se diseñaron y construyeron exclusivamente alrededor de relés electromecánicos. Los relés están lejos de ser obsoletos en el diseño moderno, pero han sido reemplazados en muchas de sus funciones anteriores como dispositivos de control de nivel lógico, relegados con mayor frecuencia a aquellas aplicaciones que requieren conmutación de alta corriente y/o alto voltaje.,

los sistemas y procesos que requieren control «on / off» abundan en el comercio y la industria modernos, pero estos sistemas de control rara vez se construyen a partir de relés electromecánicos o puertas lógicas discretas. En cambio, las computadoras digitales llenan la necesidad, que puede ser programada para hacer una variedad de funciones lógicas.

la historia de los Controladores Lógicos Programables

a finales de la década de 1960, una compañía estadounidense llamada Bedford Associates lanzó un dispositivo informático que llamaron MODICON., Como Acrónimo, significaba Controlador Digital Modular, y más tarde se convirtió en el nombre de una división de la compañía dedicada al diseño, fabricación y venta de estas computadoras de control de propósito especial.

otras empresas de ingeniería desarrollaron sus propias versiones de este dispositivo, y finalmente llegó a ser conocido en términos no propietarios como un PLC, o controlador lógico programable., El propósito de un PLC era reemplazar directamente los relés electromecánicos como elementos lógicos, sustituyendo en su lugar un ordenador digital de estado sólido con un programa almacenado, capaz de emular la interconexión de muchos relés para realizar ciertas tareas lógicas.

lógica de escalera y PLC de programación

un PLC tiene muchos terminales de «entrada», a través de los cuales interpreta Estados lógicos» altos «y» bajos » de sensores e interruptores., También tiene muchos terminales de salida, a través de los cuales emite señales «altas» y «bajas» para alimentar luces, solenoides, contactores, motores pequeños y otros dispositivos que se prestan al control de encendido/apagado.

en un esfuerzo por hacer que los PLC sean fáciles de programar, su lenguaje de programación fue diseñado para parecerse a los diagramas lógicos de escalera. Por lo tanto, un electricista industrial o ingeniero eléctrico acostumbrado a leer esquemas lógicos de escalera se sentiría cómodo programando un PLC para realizar las mismas funciones de control.,

Los PLC son computadoras industriales, y como tales sus señales de entrada y salida son típicamente de 120 voltios de CA, al igual que los relés de control electromecánico que fueron diseñados para reemplazar. Aunque algunos PLC tienen la capacidad de entrada y salida de señales de voltaje de CC de bajo nivel de la magnitud utilizada en los circuitos de puerta lógica, esta es la excepción y no la regla. La conexión de señal y los estándares de programación varían un poco entre los diferentes modelos de PLC, pero son lo suficientemente similares como para permitir una introducción «genérica» a la programación de PLC aquí.,

la siguiente ilustración muestra un PLC simple, como podría aparecer desde una vista frontal. Dos terminales de tornillo proporcionan conexión a 120 voltios de CA para alimentar los circuitos internos del PLC, Etiquetados L1 y L2. Seis terminales de tornillo en el lado izquierdo proporcionan conexión a los dispositivos de entrada, cada terminal representa un «canal» de entrada diferente con su propia etiqueta «X».

el terminal de tornillo inferior izquierdo es una conexión «común», que generalmente se conecta a L2 (neutro) de la fuente de alimentación de 120 VAC.,

dentro de la carcasa del PLC, conectado entre cada terminal de entrada y el terminal común, hay un dispositivo optoaislador (Diodo Emisor de luz) que proporciona una señal lógica «alta» aislada eléctricamente a los circuitos de la computadora (un fototransistor interpreta la luz del LED) cuando hay una potencia de 120 VAC aplicada entre el respectivo terminal de entrada y el terminal común., Un LED indicador en el panel frontal del PLC da una indicación visual de una entrada «energizada»:

las señales de salida son generadas por el circuito de la computadora del PLC activando un dispositivo de conmutación (transistor, TRIAC o incluso un relé electromecánico), conectando el terminal «fuente» a cualquiera de los terminales de salida Etiquetados «Y». El terminal» fuente», correspondientemente, generalmente está conectado al lado L1 de la fuente de alimentación de 120 VAC., Al igual que con cada entrada, un LED indicador en el panel frontal del PLC proporciona una indicación visual de una salida «energizada»:

de esta manera, el PLC puede interactuar con dispositivos del mundo real, como interruptores y solenoides. La lógica real del sistema de control se establece dentro del PLC por medio de un programa informático. Este programa dicta qué salida se energiza bajo qué condiciones de entrada.,

aunque el programa en sí parece ser un diagrama lógico de escalera, con símbolos de interruptor y relé, no hay contactos de interruptor reales o bobinas de relé operando dentro del PLC para crear las relaciones lógicas entre la entrada y la salida. Estos son contactos imaginarios y bobinas, por así decirlo. El programa se ingresa y se ve a través de un ordenador personal conectado al puerto de programación del PLC. Considere el siguiente circuito y programa de PLC:

Cuando el interruptor de botón no está activado (sin comprimir), no se envía energía a la entrada X1 del PLC., Siguiendo el programa, que muestra un contacto X1 normalmente abierto en serie con una bobina Y1, no se enviará «energía» a la bobina y1. Por lo tanto, la salida Y1 del PLC permanece desenergizada, y la lámpara indicadora conectada a ella permanece oscura.

sin embargo, si se pulsa el pulsador, la alimentación se enviará a la entrada X1 del PLC. Todos y cada uno de los contactos X1 que aparecen en el programa asumirán el estado accionado (no normal), como si fueran contactos de relé accionados por la Energización de una bobina de relé llamada «X1».,

en este caso, energizar la entrada X1 hará que el contacto X1 normalmente abierto se «cierre», enviando» energía » a la bobina Y1. Cuando la bobina Y1 del programa se «energiza», la salida Y1 real se energiza, encendiendo la lámpara conectada a ella:

debe entenderse que el contacto X1, la bobina Y1, los cables de conexión y la «potencia» que aparecen en la pantalla del ordenador personal son virtuales. No existen como componentes eléctricos reales., Existen como comandos en un programa de computadora-solo una pieza de software – que simplemente se asemeja a un diagrama esquemático de relés real.

igualmente importante de entender es que la computadora personal utilizada para mostrar y editar el programa del PLC no es necesaria para el funcionamiento continuo del PLC. Una vez que se ha cargado un programa en el PLC desde la computadora personal, la computadora personal puede desconectarse del PLC, y el PLC continuará siguiendo los comandos programados.,

incluyo la pantalla de la computadora personal en estas ilustraciones solo por su bien, para ayudar a comprender la relación entre las condiciones de la vida real (cierre del interruptor y estado de la lámpara) y el estado del programa («alimentación» a través de contactos virtuales y bobinas virtuales).

comportamiento del sistema de Control

la verdadera potencia y versatilidad de un PLC se revela cuando queremos alterar el comportamiento de un sistema de control. Dado que el PLC es un dispositivo programable, podemos alterar su comportamiento cambiando los comandos que le damos, sin tener que reconfigurar los componentes eléctricos conectados a él.,

por ejemplo, supongamos que queremos hacer que este circuito de interruptor y lámpara funcione de manera invertida: presione el botón para que la lámpara se apague y suéltelo para que se encienda. La solución de «hardware» requeriría que un interruptor de botón normalmente cerrado se sustituyera por el interruptor normalmente abierto actualmente en su lugar. La solución de «software» es mucho más fácil: simplemente altere el programa para que contact X1 esté normalmente cerrado en lugar de Normalmente abierto.,

en la siguiente ilustración, tenemos el sistema alterado que se muestra en el estado donde el pulsador no está actualizado (no se presiona):

en esta siguiente ilustración, el interruptor se muestra accionado (presionado):

las ventajas de implementar el control lógico en Software en lugar de en hardware es que las señales de entrada se pueden reutilizar tantas veces en el programa como sea necesario., Por ejemplo, tome el siguiente circuito y programa, diseñado para energizar la lámpara si al menos dos de los tres interruptores de pulsador se accionan simultáneamente:

para construir un circuito equivalente utilizando relés electromecánicos, se tendrían que usar tres relés con dos contactos normalmente abiertos cada uno, para proporcionar dos contactos por interruptor de entrada., Usando un PLC, sin embargo, podemos programar tantos contactos como deseemos para cada entrada «X» sin agregar hardware adicional, ya que cada entrada y cada salida no es más que un solo bit en la memoria digital del PLC (ya sea 0 o 1), y se puede recordar tantas veces como sea necesario.

Además, dado que cada salida en el PLC no es más que un bit en su memoria también, podemos asignar contactos en un programa PLC «accionado» por un estado de salida (y)., Tome por ejemplo este siguiente sistema, un circuito de control de arranque y parada del motor:

el interruptor de botón conectado a la entrada X1 sirve como el interruptor de «inicio», mientras que el interruptor conectado a la entrada X2 sirve como el «Stop.»Otro contacto en el programa, llamado Y1, utiliza el estado de la bobina de salida como un contacto de sellado, directamente, de modo que el contactor del motor continuará energizado después de que se suelte el interruptor de botón «Start». Puede ver que el contacto normalmente cerrado X2 aparece en un bloque de color, mostrando que está en un estado cerrado («conductor eléctrico»).,

si presionáramos el botón «Start», la entrada X1 se energizaría, «cerrando» el contacto X1 en el programa, enviando «power» a la «bobina» Y1, energizando la salida Y1 y aplicando 120 voltios de corriente alterna a la bobina real del contactor del motor.,el «contacto» ally-open X1 volverá a su estado «abierto», pero el motor continuará funcionando porque el «contacto» de sellado Y1 continúa proporcionando «continuidad» a la bobina «power» Y1, manteniendo así la salida Y1 energizada:

para detener el motor, debemos presionar momentáneamente el botón «Stop», que activará la entrada X2 y «abrirá» el-«Contacto cerrado», rompiendo la continuidad de la bobina Y1: «

cuando se suelta el botón»STOP», la entrada X2 se desactivará, devolviendo el» contacto «x2 a su estado normal,» cerrado»., El motor, sin embargo, no volverá a arrancar hasta que se accione el pulsador «Start», porque se ha perdido el «seal-in» de Y1:

Diseño A Prueba de fallos en sistemas controlados por PLC

un punto importante a destacar aquí es que el diseño a prueba de fallos es tan importante en sistemas controlados por PLC como en sistemas controlados por relés electromecánicos. Uno siempre debe considerar los efectos del cableado fallido (abierto) en el dispositivo o dispositivos que se controlan., En este ejemplo de circuito de control del motor, tenemos un problema: si el cableado de Entrada Para X2 (El interruptor «Stop») fallara abierto, ¡no habría manera de detener el motor!

la solución a este problema es una inversión de la lógica entre el «contacto» X2 dentro del programa del PLC y el interruptor pulsador «Stop» real:

Cuando el interruptor pulsador «Stop» normalmente cerrado no está activado (no se presiona), la entrada X2 DEL PLC se activará, cerrando así el «contacto» X2 dentro del programa., Esto permite que el motor se inicie cuando la entrada X1 está energizada, y permite que continúe funcionando cuando el botón «Start» ya no se presiona. Cuando se acciona el pulsador» Stop», LA ENTRADA X2 se desenergiza, abriendo así el» contacto «X2 dentro del programa PLC y apagando el motor.

por lo tanto, vemos que no hay diferencia operativa entre este nuevo diseño y el diseño anterior. Sin embargo, si el cableado de entrada en la entrada X2 fallara abierto, la entrada X2 se desactivaría de la misma manera que cuando se presiona el botón «Stop»., El resultado, entonces, para un fallo de cableado en la entrada X2 es que el motor se apagará inmediatamente.

Este es un diseño más seguro que el mostrado anteriormente, donde un fallo en el cableado del interruptor de «parada» habría resultado en una incapacidad para apagar el motor. Además de los elementos de programa de entrada (X) y salida (y), los PLC proporcionan bobinas y contactos «internos» sin conexión intrínseca con el mundo exterior. Estos se utilizan de la misma manera que los «relés de control» (CR1, CR2, etc.) se utilizan en circuitos de relé estándar: para proporcionar inversión de señal lógica cuando sea necesario.,

para demostrar cómo se puede usar uno de estos relés» internos», considere el siguiente ejemplo de circuito y programa, diseñado para emular la función de una puerta NAND de tres entradas. Dado que los elementos del programa del PLC se diseñan típicamente por letras simples, llamaré al relé de control Interno » C1 «en lugar de» CR1″como sería habitual en un circuito de control de relé:

en este circuito, la lámpara permanecerá encendida siempre y cuando cualquiera de los pulsadores permanezca sin apagar (sin comprimir)., Para hacer que la lámpara se apague, tendremos que accionar (presionar) los tres interruptores, así:

funcionalidad avanzada de PLC

Esta sección Sobre Controladores Lógicos Programables ilustra solo una pequeña muestra de sus capacidades. Como computadoras, los PLC pueden realizar funciones de temporización (para el equivalente de relés de retardo de tiempo), secuenciación de tambores y otras funciones avanzadas con mucha mayor precisión y confiabilidad que lo que es posible usando dispositivos lógicos electromecánicos. La mayoría de los PLC tienen capacidad para mucho más de seis entradas y seis salidas., La siguiente fotografía muestra varios módulos de entrada y salida de un solo PLC Allen-Bradley.

con cada módulo que tiene dieciséis «puntos» de entrada o salida, este PLC tiene la capacidad de monitorear y controlar docenas de dispositivos., Cabe en un gabinete de control, un PLC ocupa poco espacio, especialmente teniendo en cuenta el espacio equivalente que necesitarían los relés electromecánicos para realizar las mismas funciones:

monitoreo y Control Remoto de PLC a través de redes de computadoras digitales

una ventaja de los PLC que simplemente no pueden ser duplicados por relés electromecánicos es el monitoreo y control remoto a través de redes de computadoras digitales. Debido a que un PLC no es más que una computadora digital de propósito especial, tiene la capacidad de comunicarse con otras computadoras con bastante facilidad., La siguiente fotografía muestra una computadora personal que muestra una imagen gráfica de un proceso real a nivel de líquido (una estación de bombeo o «ascensor» para un sistema municipal de tratamiento de aguas residuales) controlada por un PLC.

la estación de bombeo real se encuentra a millas de distancia de la pantalla del ordenador personal: