A finales de la década de 1960, una empresa estadounidense llamada Bedford Associates lanzó un dispositivo informático al que llamaron MODICON. Como acrónimo significaba Controlador Digital Modular, y más tarde se convirtió en el nombre de una división de la empresa 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 PLC o controlador lógico programable.
SOCIEDAD ANÓNIMA
El propósito de un PLC era reemplazar directamente los relés electromecánicos como elementos lógicos, sustituyendo en su lugar una computadora digital de estado sólido con un programa almacenado, capaz de emular la interconexión de muchos relés para realizar ciertas tareas lógicas.
Un PLC tiene muchos terminales de "entrada", a través de los cuales interpreta estados lógicos "altos" y "bajos" y valores analógicos de interruptores y sensores.
También tiene muchos terminales de salida, a través de los cuales emite señales "altas" y "bajas" para encender luces, solenoides, contactores, motores pequeños y otros dispositivos que se prestan para control de encendido/apagado y también salida analógica para controlar válvulas de control, motores. control de velocidad, etc
En un esfuerzo por hacer que los PLC sean fáciles de programar, su lenguaje de programación fue diseñado para parecerse a diagramas de lógica de escalera. Por lo tanto, un ingeniero acostumbrado a leer esquemas de lógica de escalera se sentiría cómodo programando un PLC para realizar las mismas funciones de control.
Programación de PLC
La siguiente ilustración muestra un PLC simple, tal como podría verse desde una vista frontal.
Dos terminales de tornillo proporcionan conexión a la fuente de alimentación para alimentar los circuitos internos del PLC, etiquetados como L1 y L2.
Seis terminales de tornillo en el lado izquierdo brindan conexión a 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 está conectada a L2 (neutro) de la fuente de alimentación de 120 VCA.
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 al circuito de la computadora (un fototransistor interpreta la luz del LED). ) cuando se aplica alimentación de 120 VCA entre el terminal de entrada respectivo y el terminal común.
Un LED indicador en el panel frontal del PLC proporciona una indicación visual de una entrada "energizada":
Las señales de salida son generadas por los circuitos de la computadora del PLC que activan 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 VCA.
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 mediante un programa informático.
Este programa dicta qué salida se activa bajo qué condiciones de entrada.
Aunque el programa en sí parece ser un diagrama de lógica de escalera, con símbolos de interruptor y relé, no hay contactos de interruptor ni bobinas de relé reales que operen dentro del PLC para crear las relaciones lógicas entre entrada y salida.
Estos son contactos y bobinas imaginarios, por así decirlo. El programa se ingresa y se ve a través de una computadora personal conectada al puerto de programación del PLC.
Considere el siguiente circuito y programa de PLC:
Cuando el interruptor de botón no se acciona (no se presiona), 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 apagada.
Sin embargo, si se presiona el interruptor de botón, se enviará energía a la entrada X1 del PLC.
Todos y cada uno de los contactos X1 que aparecen en el programa asumirán el estado activado (no normal), como si fueran contactos de relé activados por la activación de una bobina de relé denominada "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 energizará, iluminando la lámpara conectada a ella:
Debe entenderse que el contacto X1, la bobina Y1, los cables de conexión y la "alimentación" que aparecen en la pantalla de la computadora (sistema de ingeniería donde se carga el software PLC) son todos virtuales.
No existen como componentes eléctricos reales. Existen como comandos en un programa de computadora (solo una pieza de software) que se parece a un diagrama esquemático de relé real.
Igualmente importante es comprender que la computadora 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, la computadora se puede desconectar del PLC y el PLC continuará siguiendo los comandos programados.
Incluyo la pantalla de la computadora en estas ilustraciones únicamente 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 (“potencia” a través de contactos y bobinas virtuales).
La verdadera potencia y versatilidad de un PLC se revela cuando queremos alterar el comportamiento de un sistema de control. Al ser el PLC 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 quisiéramos hacer que este circuito de interruptor y lámpara funcione de manera invertida: presione el botón para apagar la lámpara y suéltelo para encenderla.
La solución de “hardware” requeriría que un interruptor de botón normalmente cerrado fuera sustituido por el interruptor normalmente abierto actualmente en funcionamiento.
La solución "software" es mucho más sencilla: basta con modificar el programa para que el contacto X1 esté normalmente cerrado en lugar de normalmente abierto.
En la siguiente ilustración, tenemos el sistema alterado que se muestra en el estado en el que el pulsador no está accionado (no presionado):
En la siguiente ilustración, el interruptor se muestra activado (presionado):
Una de las ventajas de implementar el control lógico en software en lugar de 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, diseñados para energizar la lámpara si al menos dos de los tres interruptores de botón se accionan simultáneamente:
Para construir un circuito equivalente utilizando relés electromecánicos, se tendrían que utilizar 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 queramos para cada entrada “X” sin agregar hardware adicional, ya que cada entrada y cada salida no es más que un único bit en la memoria digital del PLC (ya sea 0 o 1). , y se puede recuperar tantas veces como sea necesario.
Además, como cada salida del PLC no es más que un bit en su memoria, podemos asignar contactos en un programa de PLC “actuados” por un estado de salida (Y).
Tomemos, por ejemplo, el siguiente sistema, un circuito de control de arranque y parada de motor:
El interruptor de botón conectado a la entrada X1 sirve como interruptor de "Inicio", mientras que el interruptor conectado a la entrada X2 sirve como "Parada".
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 soltar el botón pulsador de “Arranque”.
Puede ver que el contacto normalmente cerrado X2 aparece en un bloque de color, lo que muestra que está en un estado cerrado (“conductor eléctrico”).
Si tuviéramos que presionar el botón "Inicio", la entrada X1 se energizaría, "cerrando" así el contacto X1 en el programa, enviando "alimentación" a la "bobina" Y1, energizando la salida Y1 y aplicando energía de 120 voltios CA al Bobina de contactor de motor real.
El contacto paralelo Y1 también se “cerrará”, bloqueando así el “circuito” en un estado energizado:
Ahora, si soltamos el botón de “Arranque”, el “contacto” X1 normalmente abierto volverá a su estado “abierto”, pero el motor continuará funcionando porque el “contacto” sellado Y1 continúa brindando “continuidad”. para “alimentar” la bobina Y1, manteniendo así la salida Y1 energizada:
Para detener el motor, debemos presionar momentáneamente el botón “Stop”, que energizará la entrada X2 y “abrirá” el “contacto” normalmente cerrado, rompiendo la continuidad a la “bobina” Y1:
Cuando se suelta el botón "Parar", la entrada X2 se desenergizará, devolviendo el "contacto" X2 a su estado normal "cerrado".
El motor, sin embargo, no arrancará nuevamente hasta que se accione el botón “Start”, porque se ha perdido el “sello” de Y1:
Un punto importante a destacar aquí es que el diseño a prueba de fallos es tan importante en los sistemas controlados por PLC como en los sistemas controlados por relés electromecánicos.
Siempre se deben considerar los efectos del cableado fallido (abierto) en el dispositivo o dispositivos que se están controlando.
En este ejemplo de circuito de control del motor, tenemos un problema: si el cableado de entrada para X2 (el interruptor de "Parada") fallara al abrirse, ¡no habría forma 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 botón pulsador de “Parada” real:
Cuando el botón pulsador de “Parada” normalmente cerrado no está accionado (no presionado), la entrada X2 del PLC se energizará, “cerrando” así el “contacto” X2 dentro del programa.
Esto permite que el motor arranque cuando la entrada X1 está energizada y le permite continuar funcionando cuando ya no se presiona el botón de “Arranque”.
Cuando se acciona el botón “Parada”, la entrada X2 se desenergizará, “abriendo” así el “contacto” X2 dentro del programa PLC y apagando el motor.
Entonces, 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 al abrirse, la entrada X2 se desenergizaría de la misma manera que cuando se presiona el botón "Parar".
Entonces, el resultado de una falla de cableado en la entrada X2 es que el motor se apagará inmediatamente.
Este es un diseño más seguro que el que se mostró anteriormente, donde una falla en el cableado del interruptor de "Parada" habría resultado en la imposibilidad de apagar el motor.
Además de los elementos del programa de entrada (X) y salida (Y), los PLC proporcionan bobinas y contactos "internos" sin conexión intrínseca con el mundo exterior.
Estos se usan de manera muy similar a como se usan los “relés de control” (CR1, CR2, etc.) en los circuitos de relés estándar: para proporcionar inversión de señal lógica cuando sea necesario.
Para demostrar cómo se podría utilizar uno de estos relés "internos", considere el siguiente circuito y programa de ejemplo, diseñados para emular la función de una puerta NAND de tres entradas.
Dado que los elementos del programa PLC generalmente están diseñados con letras individuales, llamaré al relé de control interno "C1" en lugar de "CR1", como sería habitual en un circuito de control de relés:
En este circuito la lámpara permanecerá encendida mientras alguno de los pulsadores permanezca sin accionar (sin presionar).
Para hacer que la lámpara se apague, tendremos que accionar (presionar) los tres interruptores, así:
