Controladores Lógicos Programables (PLC): Una Guía Completa

Introducción

Los Controladores Lógicos Programables (PLC) son equipos electrónicos que controlan procesos secuenciales en tiempo real en la industria. Su lógica se basa en programas internos que permiten automatizar tareas complejas. Este documento explora los componentes, funcionamiento y características clave de los PLC.

Tipos de Controladores

Controladores sin Unidad Operativa

• Sistemas combinacionales
• Sistemas secuenciales

Controladores Combinacionales

• Salida depende únicamente de las entradas.
• No almacenan información sobre estados previos.
• Controladores lógicos combinacionales: Operan según el comportamiento de un sistema combinacional.
• Sistemas sin memoria: No toman decisiones de control basadas en el estado del sistema.
• Pueden ser cableados o programables.

Lógica Cableada

Ventajas

• Simple
• Personal poco cualificado
• Baratos en aplicaciones sencillas

Desventajas

• Espacio
• Poca flexibilidad
• Coste de mantenimiento
• No funciones complejas

Uso

• Problemas de automatización sencillos

Lógica Programada

Ventajas

• Flexibilidad
• Poco espacio
• Mantenimiento sencillo

Desventajas

• Caros para aplicaciones sencillas
• Personal cualificado

Uso

• Aplicaciones complejas

Componentes del PLC

Unidad Central de Procesamiento (CPU)

• Microprocesador
• Memoria
• Puerto de comunicación
• E/S (Entradas/Salidas)

Capacidad de Memoria del Programa

• Número máximo de instrucciones/datos almacenables.

Unidad Aritmético Lógica (ALU)

• Operaciones matemáticas
• Comparaciones

Acumulador

• Almacena el resultado de la ALU.

Flags

• Indicadores de resultado (>, <, =0, …).

Contador de Programa (PC)

• Lee instrucciones.

Decodificador

• Decodifica instrucciones leídas de memoria y genera señales de control.

Programa Monitor Sistema

• Instrucciones de puesta en marcha del PLC, test, ….

Reloj (CLK)

• Genera la señal de control de cambio de estados.

Memoria del PLC

Se guardan datos necesarios para tareas de control:

• Datos del proceso: Señales de entrada, variables internas, datos numéricos.
• Datos de control: Instrucciones del programa, configuración del PLC.

Tipos de Memoria

• RAM (Random Access Memory): Memorias volátiles. Lectura y escritura con la misma velocidad.
• ROM (Read Only Memory): Memorias establecidas por el fabricante, imborrables. Contienen el programa que chequea el estado del PLC, test, lectura/escritura E/S.
• EPROM (Electrically Programmable Read Only Memory): Memoria no volátil reescribible con rayos UV.
• EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory): Memoria no volátil reprogramable con medios eléctricos.
• FLASH: Memorias no volátiles reprogramables por medios eléctricos (mayor integración que EEPROM).
• Sistema operativo: Memoria que contiene el monitor del PLC. Contenido establecido por el fabricante. Implementado con EEPROM actualizable por el usuario.
• Memoria de control: Contiene el programa diseñado por el usuario, transferido desde una unidad de programación (ordenador) a la memoria. Se utilizan memorias EEPROM, RAM+BATERÍA o FLASH. Reescribible durante la vida útil del PLC.
• Memoria de datos: De acceso aleatorio. Contiene datos del programa ejecutivo, memoria de E/S de variables digitales, datos numéricos de E/S analógicas y variables internas.

Interfaz de Entradas/Salidas

Establecen comunicación entre la CPU y el proceso. Adaptan y codifican señales de entrada para que la CPU pueda trabajar con ellas. Adapta las salidas del PLC para que puedan ser utilizadas por los actuadores.

Fuente de Alimentación

Proporciona energía para que funcione el PLC. Se busca independizar la alimentación de la CPU y E/S (fuentes de alimentación separadas en algunos PLCs).

Modos de Funcionamiento

El PLC ejecuta un programa en la memoria de programa. Dos modos de funcionamiento:

• Modo programación/STOP: El programa monitor (PLC) se comunica con el elemento de programación para transferir el programa (USB, ethernet). El PLC no controla el proceso.
• Modo ejecución (RUN): Se ejecuta el programa de control de manera que el PLC controla el proceso. Ejecución de forma cíclica. Cada ejecución de ese ciclo es un scan.

Ciclo de Funcionamiento

• Inicialización: El autómata se pone en marcha. Se verifica que no haya ningún problema, si lo hubiera → señal luminosa. Se borran las variables internas y se ponen a cero contadores y temporizadores.
• Procesos comunes:
  • Watchdog (perro guardián): Contador descendente en paralelo a la ejecución. Si llega a cero, se detiene el PLC. Esto evita bucles infinitos (100 ms).
  • Autodiagnóstico: Comprobación de memoria, alimentación, buses de conexión.

Interrupciones

• De reloj: Realizar tareas a una hora determinada mediante reloj interno de la CPU.
• Temporizadas: Interrupción programada mediante divisor de frecuencia para que ejecute la tarea periódicamente.
• De contador: Interrupción lanzada cuando un contador alcanza ‘x’ valor.
• De comunicación: Ocasionada si un periférico genera una señal de entrada.
• De terminal o borne: Generada cuando una entrada cambia de estado.

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