Introducción a los Autómatas Programables
Estructura del Autómata Programable
CPU (Unidad Central de Procesamiento): Parte inteligente formada por un microprocesador que se encarga de ejecutar y procesar los programas almacenados en la memoria.
Memoria: Zona donde se almacena el programa. Es no volátil y se encuentra en el mismo sitio que la CPU.
Fuente de Alimentación: Adapta los 230V a la tensión adecuada en corriente continua. Dependiendo del modelo, puede estar o no en el módulo de la CPU.
Interfaces de Entrada/Salida (E/S): Partes donde se reciben y envían señales digitales y analógicas de los sensores y actuadores.
Programadora e Interfaz de Programación: Permite introducir el programa desde un ordenador personal con un software específico externamente.
Accesorios o Periféricos: Elementos auxiliares (tarjetas o memorias) que permiten guardar datos y programas, control y visualización del estado del sistema.
Clasificación de los Autómatas Programables
Modulares: Los elementos que lo forman están separados por módulos que se instalan sobre un rack común. Tiene muchas posibilidades de expansión comparándola con el compacto, pero su coste es mucho más elevado.
Compactos: Contienen todos sus elementos (E/S, CPU, fuente de alimentación). Se puede ampliar las E/S y de comunicación. Su tamaño reducido permite y facilita su montaje en cuadros de protección y distribución de viviendas.
Relés Programables
Similares al tipo compacto, se utilizan en domótica, industria y sector agrario.
Inconvenientes
- Ejecución del programa más lenta.
- Menor potencia de cálculo.
- La ampliación de E/S de comunicación es limitada, pero es suficiente para instalaciones en casa.
Ventajas
- Más económicos.
- En su frontal, un display y un teclado permiten programarlo sin necesidad de PC.
- Fácil instalación en cuadros eléctricos.
- Funciones de telerruptor, horario, temporizadores, etc.
- Conexión a redes Ethernet y bus domótica (EIB/KNX).
Interfaces de Entrada y Salida
Interfaz de Entradas
Recibe las señales de los sensores. Las entradas pueden ser digitales o analógicas.
Conexión de Sensores a las Entradas Digitales: Trabajan aplicando una referencia de tensión. En Corriente Alterna se trabaja a 230V y en continua a 12 o 24 Vcc. Si se aplica la referencia de tensión a la entrada, lo procesa como un «1» lógico y si no se aplica nada se procesa como «0» lógico.
Conexión de Sensores a Entradas Analógicas: Las entradas analógicas pueden ser configurables o disponer de un valor fijo de fábrica. Es necesario que el sensor y el autómata trabajen con el mismo valor, en tensión o corriente.
Interfaz de Salidas
Pueden ser digitales (Q) y analógicas (AQ).
Conexión de Actuadores a las Salidas Digitales: Las salidas pueden ser a relés o a transistor. Las salidas a Relé son libres de tensión y pueden controlar actuadores tanto en CC como en CA a diferentes tensiones (230, 110, 24, 12V). Las salidas a transistores están condicionadas a trabajar con CC a 12 o 24V.
Zonas de Memoria
Almacenan los datos procesados en diferentes zonas de memoria. Los más comunes en la mayoría de los autómatas son:
- Entrada Digital (I): Detectan el estado de los captadores conectados a las entradas.
- Salida Digital (Q): Activan los actuadores y preactuadores.
- Entradas Analógicas (AI): Capturan el valor enviado por un sensor analógico. Se almacena en forma numérica en la variable.
- Salidas Analógicas (AQ): Envían el valor a un actuador analógico. Es procesado de forma numérica en una variable.
- Marcas (M): Llamadas memoria o bit internos, con comportamiento similar al relé auxiliar. Pueden ser digitales o analógicas (AM).
- Temporizadores (T): Generan eventos cuando alcanzan un valor de tiempo predeterminado. Existen diferentes tipos: a la conexión y a la desconexión.
- Contadores (C): Almacenan sucesos y originan eventos cuando alcanzan uno determinado de ellos.
Operaciones de Memoria
Operación Memoria: Genera un evento sobre una salida y lo mantiene aunque cese la acción que lo originó.
Realimentación: Aplicar una señal de la salida a activar y ponerla en paralelo con la entrada.
Operación Memoria con SET y RESET: Permite realizar la operación memoria sin necesidad de implementar la realimentación.
Función Telerruptor: O relé de impulso, realiza la función de activación y desactivación de una salida desde una misma entrada.
Uso de Funciones Específicas
Temporizadores (T): Generan eventos cuando alcanzan un valor de tiempo determinado. TON: temporizador a la conexión y TOF: temporizador a la desconexión.
Contadores (C): Originan eventos cuando alcanzan un determinado número de sucesos.
Relojes Horarios Semanales y/o Anuales: Activan y/o desactivan a una determinada hora y día de la semana, en función de una programación realizada por el usuario.
Tratamiento de Señales Analógicas: Los valores de las señales analógicas, tanto de entradas como de salidas, vienen dados en valores de tensión y corriente (0-10V o 4-20mA).
Operaciones de Comparación: Permite comparar dos datos numéricos entre sí. Las operaciones habituales son: igual que (==), menor que (<), mayor que (>), menor o igual que (<=), mayor o igual que (>=) y diferente que (!=).
Si se cumple la comparación se produce un «1» a su salida, activando las salidas (Q) o marcas (M).
Lenguajes de Programación
El lenguaje de programación es el encargado de manejar las instrucciones para realizar las funciones lógicas y de cálculo de la CPU. Existen 5 lenguajes: 2 en formato texto y 3 en formato gráfico.
Lenguajes Textuales
- Lista de Instrucciones (IL)
- Texto Estructurado (ST)
Lenguajes Gráficos
- De Contactos (LD)
- Funciones Lógicas (FBD)
- Diagrama Secuencial (SFC)
Lenguaje Textual por Lista de Instrucciones (IL): Llamado booleano, utiliza caracteres alfanuméricos.
Lenguaje de Texto Estructurado (ST): Su origen es similar a los lenguajes de alto nivel como Basic, C o Pascal. Solamente es aceptado por autómatas de alta gama.
Lenguaje Gráfico de Contactos (LD):
- Contacto abierto
- Contacto cerrado
- Bobina directa
- Bobina inversa
- Flanco positivo
- Flanco negativo
- Bobina de activación
- Bobina de desactivación
- Negación
Lenguaje Gráfico de Funciones Lógicas (FBD): Se conectan en cascada entradas a la izquierda y salidas a la derecha. Este lenguaje es muy utilizado en autómatas y relés programables.
Diagrama Secuencial (SFC): Utiliza el GRAFCET, un método para la resolución programada de tareas de automatización. El SFC está generalizado en el entorno industrial.