Estructura del autómata programable | Fuente de alimentación + CPU + Entradas + Salidas + Dispositivos de programación + Interfaces de comunicación + Periféricos

Las estructura de un autómata programable o PLC se puede dividir en las siguientes partes:

1. Fuente de alimentación

Un autómata programable es un equipo electrónico y por tanto sus componentes tienen que ser alimentados en corriente continua. Al igual que ocurre en un ordenador, la fuente de alimentación (F.A) es la encargada de convertir la tensión de la red de alimentación (230V en C.A) a una tensión en corriente continua (normalmente 24V en C.C), que será la tensión de trabajo de esos componentes electrónicos.

Los captadores o elementos de mando de tipo pasivo (pulsadores, finales de carrera...), que estarán conectados a las entradas del autómata, pueden ser alimentados desde la propia fuente de alimentación. Cuando conectemos captadores de tipo activo (detectores inductivos, capacitivos, células fotoeléctricas...) que necesitan una alimentación para su activación, tendremos que tener en cuenta el consumo acumulado para evitar una sobrecarga en la fuente de alimentación y por tanto en ocasiones, según el número que conectemos, se hará necesaria una fuente de alimentación exterior.

2. CPU (Unidad Central de Procesos)

Al igual que ocurre en un ordenador, la CPU de un autómata programable es el cerebro del sistema. Recibe las órdenes de los pulsadores, detectores..., a través del módulo de entradas, las procesa en función del programa que le hemos cargado al autómata y activa las salidas que correspondan, que a su vez estarán conectadas a los actuadores y/o receptores como son contactores, lámparas, electroválvulas... En la CPU está por tanto el microprocesador y también la memoria, donde se encuentra el programa que le hemos cargado y que se irá cumpliendo instrucción a instrucción hasta que termine el ciclo completo, el proceso se repite permanentemente pero teniendo en cuenta que si en la repetición cambian las condiciones de las entradas también cambiarán, según programa, la activación de las salidas.

Actualmente los autómatas están preparados para detectar errores o fallos de funcionamiento y dar la información en la pantalla del ordenador que usamos como programador o en otra pantalla o panel indicador. Algunas CPUs disponen de un interruptor con tres posiciones:

RUN: posición para ejecutar el funcionamiento del programa y por lo tanto del automatismo.
STOP. Posición para poder cargar el programa del ordenador o PC al autómata o PLC. En esta posición no se puede ejecutar el programa.
La tercera posición, que puede tener distinta denominación según el tipo de autómata, se selecciona para poder cambiar de STOP a RUN o viceversa desde el propio ordenador, teniendo conectado lógicamente el cable de conexión (interface de interconexión) PC-PLC.

3. Módulos o interfaces de entradas y de salidas

Podemos tener módulos de entradas y de salidas tanto digitales como analógicas. Todos los autómatas, incluso los miniautómatas, disponen de digitales y alguna analógica, pero existen módulos de ampliación si se necesita disponer de más, tanto para digitales como para analógicas.

3.1 Módulo de entradas digitales

Al módulo de entradas digitales se conectan los captadores o elementos de mando tales como, interruptores, pulsadores, finales de carrera, detectores...Las entradas digitales detectan todo o nada, interruptor accionado (cerrado) (1) o interruptor en reposo (abierto) (0). Es decir la CPU detecta un 1 o un 0 lógico, por tanto cada entrada digital es un Bit. El grupo de 8 entradas digitales es un Byte de entradas (8 Bits = 1 Byte).

En ocasiones conectaremos a las entradas digitales captadores de tipo activo (detectores de proximidad inductivos, capacitivos, células fotoeléctricas...), que necesitan ser alimentados por una tensión para cambiar un contacto y variar su estado lógico de 0 a 1 o viceversa. Para alimentar las entradas digitales tendremos que tener en cuenta el tipo de autómata, pero en cualquier caso para que se active una entrada tiene que llegarle positivo y negativo (masa) en alimentación en C.C o fase y neutro en alimentación en C.A. Cuando una entrada se conecta lucirá un led indicador. Podemos tener los siguientes tipos de conexiones:

Entradas conectadas a 24V en C.C. Son las más habituales. Se conectarán directamente a la fuente de alimentación del autómata o en caso necesario, para no sobrecargarla a una fuente exterior, sobre todo si tenemos muchos detectores (captadores activos). En algunos miniautómatas la fuente de alimentación no va incorporada y necesitamos una fuente exterior. Dependiendo del tipo de autómata hay un borne de masa por cada Byte de entradas (8 entradas), o por cada 4 entradas, que hay que puentear con el borne de masa principal, el resto de masas van puenteadas internamente. Si tenemos detectores NPN (entregan -) habría que cambiar la polaridad de la conexión (todo el Byte de entradas) y mandar como común el L (+) en vez de M o utilizar un relé intermedio.
Entradas conectadas a 230V en C.A. Se conectan directamente a la red de corriente alterna, entre fase y neutro para obtener los 230V. Son menos habituales que las de 24V en C.C. Los autómatas que disponen de estas entradas están pensados sobre todo para instalaciones domóticas (automatización en viviendas) en sistemas centralizados con autómata programable. El neutro también irá puenteado internamente a todas las entradas.

3.2 Módulo de salidas digitales

Al módulo de salidas digitales se conectan los actuadores y/o receptores (contactores, electroválvulas, lámparas...). La CPU detecta como están las entradas (activadas o desactivadas) ejecuta el programa que le hemos cargado al autómata en función de esa posición de las entradas y mandará señal para que se activen las salidas y por tanto los actuadores/receptores que correspondan. Las órdenes a las salidas digitales serán 1 o 0, todo o nada, activada o desactivada. Podemos tener dos tipos de salidas digitales:

Salidas a relé. Cuando la CPU manda señal para conectar una salida se activará un pequeño relé. Aprovechamos el contacto abierto del relé para conectar el actuador. Son salidas sin tensión y por tanto dependiendo del tipo de actuador las podremos conectar a C.C o a C.A de diferentes valores. Se utilizan para activar contactores, electroválvulas... Como máximo aguantan 10A.
Salidas a transistor. Se utilizan para conectar actuadores de C.C. con consumos pequeños, máximo 0,3A, en maniobras que necesiten conexión y desconexión muy rápidas, por ejemplo para un variador de velocidad. Siempre pueden alimentar un relé intermedio de C.C para luego atacar un contactor u otro elemento similar.

3.3 Módulos de entradas y salidas analógicas

En determinadas ocasiones, en los procesos industriales surge la necesidad de tener un control continuo de algunos parámetros físicos y con los dos estados de una señal digital 0 y 1 a veces no es suficiente. Por ejemplo, con un termostato podemos controlar la temperatura de una caldera de manera que si llega a un límite máximo actuará cambiando un contacto y cerrando el caudal de combustible para que la caldera se enfríe. En este caso el termostato toma valores todo o nada 0 o 1 (señal digital) que podríamos llevar a una entrada digital del autómata. En cambio si instalamos una sonda de temperatura PT 100, podemos saber con precisión cuál es la temperatura en cualquier momento, regulando el caudal de combustible sin necesidad de cortarlo y dando avisos o conectando alarmas cuando se considere adecuado.

A diferencia de los módulos de entradas y salidas digitales, que tomaban valores todo o nada, 0 o 1, los módulos de entradas y salidas analógicos convierten valores de presión, temperatura, humedad... (detectados por sensores) en valores de tensión o intensidad dentro de unos rangos para luego convertirlos en señales digitales en formato palabra (doble Byte = 16 Bits). El rango de tensión más utilizado por los módulos analógicos es de 0 a 10 V en C.C y el de intensidad más utilizado es de 4 a 20 mA también en C.C. El tratamiento de la señal analógica la podemos resumir en tres etapas.

En el caso del módulo de entradas analógicas, el sensor detecta el valor de presión, temperatura, caudal... el transductor adapta el valor tomado a la señal estándar (rango de tensión o intensidad apuntados antes) y el conversor A/D, se encarga de digitalizar la señal eléctrica del transductor, o sea la transforma en formato palabra (doble Byte = 16 Bits) para que pueda ser tratada en el software y procesada por la CPU del autómata.
En el módulo de salidas analógicas el proceso será a la inversa, es decir, que una señal digital en formato palabra (16 bits), el autómata la transforma en señal analógica volcada en el módulo de salidas para utilizar por un actuador analógico como por ejemplo un variador de velocidad, regulación de luminosidad, posicionadores (servomotores)...

El sensor con transductor puede estar incorporado en el módulo analógico del autómata pero también se pueden encontrar en la industria sensores-transductores (en un mismo dispositivo) de peso, presión, luz, humedad...

4. Dispositivo de programación

El dispositivo o terminal de programación permite comunicar al usuario con el autómata. El más utilizado es el ordenador o PC. El técnico programador, a través de un software específico instalado en el PC, irá introduciendo las instrucciones del programa y una vez terminado se lo cargará al autómata a través de un cable de comunicación (interface de comunicación) PC-PLC.

Como terminales de programación podemos tener también las consolas de programación del propio autómata, pero han caído en desuso, pues con los ordenadores o PCs portátiles podemos ir a pie de autómata y conectando el cable de comunicación, podemos cargarle un nuevo programa, o recuperar el que tiene el autómata, modificarlo y volvérselo a cargar de manera que el automatismo quede modificado. Con los terminales de programación además de editar y modificar los programas, podemos detectar fallos o anomalías en la programación, ver el estado de las entradas y las salidas cuando se está ejecutando el automatismo y en algunos casos incluso simular el automatismo antes de conectar el autómata.

5. Interfaces de comunicación

Los cables o interfaces de comunicación permiten cargar el programa del ordenador al autómata (PC-PLC) o recuperar el programa cargado en el autómata y verlo en el ordenador (PLC-PC). En la imagen podemos ver dos tipos, el cable RS232 que conecta el puerto serie del ordenador con el autómata y el cable USB, más actual, que va del puerto USB del PC al PLC.

6. Periféricos

Los periféricos son dispositivos o equipos que se pueden conectar al autómata o a una red de autómatas para mejorar en la visualización de los procesos automáticos, así como la grabación y la impresión de los programas.

Paneles de operación. Se utilizan para visualizar y realizar un seguimiento de los procesos automáticos. Pueden ser textuales o gráficos. Los textuales presentan la información en su pantalla en modo texto y los gráficos en modo gráfico, de manera que podemos modificar parámetros del automatismo, visualizar el estado del proceso automático, forzar entradas o salidas del autómata y obtener mensajes de avisos o alarmas. Se utilizan tanto en instalaciones automatizadas en viviendas (domótica) y edificios (inmótica) como en automatización industrial. Esta tarea de visualización y supervisión de los procesos automáticos también la podemos hacer desde la pantalla del propio ordenador, utilizando un tipo de software denominado SCADA que permite realizar acciones incluso más avanzadas a las que realizamos desde un panel de operación gráfico. Existen aplicaciones SCADA para el acceso y control de ciertas variables a través del móvil. Estas aplicaciones permiten que cualquier ingeniero de planta pueda conocer el estado de sus procesos industriales y los programadores de PLC puedan tener acceso instantáneo a sus sistemas. O sea que podemos decir que el móvil se ha convertido en otro periférico más.

Tarjetas y cartuchos de memoria. A través de las tarjetas o cartuchos de memoria podemos hacer copias de seguridad de los programas, que se han desarrollado en el PC situado en oficina, transportarlos cómodamente hasta la instalación donde se encuentre el PLC y cargárselo para que se pueda ejecutar el automatismo. También podemos recuperar un programa del PLC para modificarlo con el software de programación, en el ordenador. Los cartuchos se conectan al autómata en un slot que lleva el autómata para este fin.

Impresoras. Las impresoras son otro de los periféricos que utilizamos para imprimir los programas que hemos realizado previamente con el software de programación en el ordenador.