ARQUITECTURA DEL PLC

Autor: Jorge Enrique Gutierrez Roldan 180428 8BV

ÍNDICE
ANTECEDENTES Y ARQUITECTURA DEL PLC.......................................................................................1
ARQUITECTURA DEL PLC....................................................................................................................2
COMPONENTES DEL PLC....................................................................................................................3
TIPOS DE MÓDULOS DE ENTRADA Y SALIDA......................................................................................4
LA CLASIFICACIÓN DE LAS ENTRADAS Y SALIDAS SON LAS SIGUIENTES.............................................5
MÓDULO DE ENTRADAS DISCRETAS..................................................................................................5
MÓDULO DE SALIDAS DISCRETAS......................................................................................................6
MÓDULOS DE ENTRADAS ANALÓGICAS.............................................................................................7
MÓDULO DE SALIDAS ANALÓGICAS...................................................................................................8
BIBLIOGRAFIA O FUENTE..................................................................................................................10
ANTECEDENTES Y ARQUITECTURA DEL PLC

Su historia se remonta a finales de la década de 1960 cuando la industria inició la

búsqueda de nuevas tecnologías electrónicas para una solución más eficiente que
fuera capaz de reemplazar los sistemas de control basados en circuitos eléctricos
con relevadores, interruptores y otros componentes comúnmente utilizados para el
control de los sistemas de lógica combinacional.

En 1968 GM Hydramatic (la división de transmisión automática de General Motors)

emitió una solicitud de propuestas para un reemplazo electrónico de los sistemas
cableados de relés. La propuesta ganadora vino de Bedford Associates. El
resultado fue el primer PLC, designado 084 porque era el proyecto de Bedford
Associates nº 84. Bedford Associates comenzó una nueva empresa dedicada al
desarrollo, fabricación, venta y mantenimiento de este nuevo producto: Modicon
(Modular DIgital Controler). Una de las personas que trabajaron en ese proyecto
fue Dick Morley, quien es considerado como el «padre» del PLC.

En 1969 la División Hydramatic de la General Motors instaló el primer PLC para

reemplazar los sistemas inflexibles alambrados usados entonces en sus líneas de
producción.

A mediados de los 70, los microprocesadores convencionales cedieron la

potencia necesaria para resolver de forma rápida y completa la lógica de los
pequeños PLC's. Por cada modelo de microprocesador había un modelo de PLC
basado en el mismo. No obstante, el modelo 2903 de AMD fue de los más
utilizados.

Las habilidades de comunicación comenzaron a aparecer en 1973. El primer

sistema fue el bus Modicon (Modbus). El PLC podía ahora dialogar con otros
PLC's y en conjunto podían estar aislados de las máquinas que controlaban.
También podían enviar y recibir señales de tensión variables, entrando en el
mundo analógico. Desafortunadamente, la falta de un estándar acompañado con
un continuo cambio tecnológico ha hecho que la comunicación de PLC's sea un
gran océano de sistemas físicos y protocolos incompatibles entre sí.

En el año ochenta, ya los componentes electrónicos permitieron un conjunto de

operaciones en 16 bits,- comparados con los 4 de los 70s -, en un pequeño
volumen, lo que los popularizó en todo el mundo.

En los 80 se produjo un intento de estandarización de las comunicaciones con el

protocolo MAP (Manufacturing Automation Protocol) de General Motors. También

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fue un tiempo en el que se redujeron las dimensiones del PLC y se pasó a
programar con programación simbólica a través de ordenadores personales en
vez de los clásicos terminales de programación. Hoy día el PLC más pequeño es
del tamaño de un simple relé.

A comienzo de los noventa, aparecieron los microprocesadores de 32 bits con

posibilidad de operaciones matemáticas complejas, y de comunicaciones entre
PLCs de diferentes marcas y PCs, los que abrieron la posibilidad de fábricas
completamente automatizadas y con comunicación a la Gerencia en "tiempo real".
Los 90 han mostrado una gradual reducción en el número de nuevos protocolos.

Los controladores lógicos programables (PLC) son básicamente computadoras

industriales complementadas con tarjetas electrónicas especiales que sirven como
interfaz de adquisición de datos del PLC y los instrumentos de campo que
controlan el proceso mismo, para adquirir datos se utilizan las tarjetas
electrónicas de entrada, una vez recibidos los datos de entrada, son procesados
en la memoria de la computadora o CPU, una vez procesada la información se
obtiene un resumen de datos finales de salida en la memoria del CPU, los cuales
son enviados al proceso a través de las tarjetas electrónicas de salida, estas
tarjetas están interconectadas a los elementos en campo para poder activarlos
cuando el programa de control así lo indique. Los PLCs actuales pueden
comunicarse con otros controladores y computadoras en redes de área local, y
son una parte fundamental de los modernos sistemas de control distribuido,
también pueden realizar operaciones aritméticas, manejar señales analógicas para
realizar estrategias de control, tales como control proporcional integral derivativo
(PID).

ARQUITECTURA DEL PLC

Al ser el PLC un dispositivo basado en microprocesador, tiene una

estructura interna similar a muchos controladores y computadoras. La
estructura básica del hardware de PLC propiamente dicho está constituido por:

 Fuente de alimentación
 Unidad de procesamiento central (CPU)
 Módulos de interfaces de entradas/salidas (E/S)
 Módulos de memoria

La unidad de procesamiento central interactúa con el módulo de interfaces de

entradas/salidas y los módulos de memoria.

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Por ejemplo, dependiendo del tipo de sistema del PLC (pequeño, mediano o
grande), todas las piezas se insertan en una unidad compacta (PLC pequeño) o se
distribuyen. El sistema distribuido tiene el módulo de CPU/memoria, los racks de
entrada/salida que pueden estar a cientos de metros de distancia del módulo
principal del CPU. Unidades más grandes de PLC también pueden tener unidades
y disposición analógica de entrada/salida, que pueden estar a cientos de metros
de distancia del módulo principal del CPU, para programas de control más
complejos que utilicen la aritmética y otras operaciones complejas no presentes
originalmente en controladores de lógica de relevador.

Las diferencias principales entre los PLCs y otros dispositivos basados en

microprocesador son que el PLC es una unidad de diseño robusto para una
operación industrial y se blindan para mejorar su inmunidad al ruido eléctrico.
Además son modulares, permitiendo un fácil reemplazo y la adición de unidades,
esto se refiere a que el sistema de control puede ser armado con una serie de
módulos electrónicos de varios tipos y tamaños que reflejen las necesidades en
tamaño y función del proceso, es decir, es como mandar a fabricar un pantalón a
la medida con un sastre.

COMPONENTES DEL PLC

Fuente de alimentación.

La función de la fuente de alimentación en un controlador, es suministrar la

energía a la CPU y demás tarjetas según la configuración del PLC.

Unidad de procesamiento central (cpu).

Es la parte más compleja e imprescindible del controlador programable, que en

otros términos podría considerarse el cerebro del controlador. La unidad central
está diseñada con base en microprocesadores y memorias, contiene una unidad
de control, la memoria interna del programador RAM, temporizadores, contadores,
memorias internas tipo relevador, imágenes de las entradas/salidas del proceso,
etc. Su misión es leer los estados de las señales de las entradas, ejecutar el
programa de control y gobernar las salidas, el procesamiento es permanente y a
gran velocidad.

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Módulos o interfaces de entrada y salida (e/s).

Son los que proporcionan el vínculo entre la CPU del controlador y los dispositivos
de campo del sistema. A través de ellos se origina el intercambio de información
ya sea para la adquisición de datos o la del mando para el control de máquinas del
proceso.

TIPOS DE MÓDULOS DE ENTRADA Y SALIDA

Debido a que existen gran variedad de dispositivos exteriores como sensores

interruptores, finales de carrera, pulsadores) y actuadores (bobinas de contactos,
lámparas, motores pequeños, etc.), encontramos diferentes tipos de módulos de
entrada y salida, cada uno de los cuales sirve para manejar cierto tipo de señal
(discreta o analógica) a determinado valor de voltaje o de corriente en DC o en
AC.

 Módulos de entradas discretas

 Módulos de salidas discretas
 Módulos de entrada analógica
 Módulos de salida analógica
 MÓDULOS DE MEMORIA

Estos dispositivos están destinados a guardar información de manera provisional o

Permanente.

Se cuenta con dos tipos de memorias:

 Volátiles (RAM)
 No volátiles (EPROM y EEPROM)

Unidad de programación.

Las terminales de programación son el medio de comunicación entre el hombre y

la Máquina; estos aparatos están constituidos por teclados y dispositivos de
visualización.

Existen tres tipos de programadores: los manuales (Hand Held) tipo calculadora,
los de video (tipo PC), y la computadora.

Entradas y Salidas

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Las entradas y salidas son los elementos del PLC que lo vinculan al campo. En el
caso de las entradas, adaptan las señales de sensores para que la CPU las
reconozca. En el caso de las salidas, activan un circuito de conexión (transistor,
triac o relé) ante una orden de la CPU.

LA CLASIFICACIÓN DE LAS ENTRADAS Y SALIDAS SON LAS

SIGUIENTES:

Discretas: También llamadas digitales, lógicas, binarias u on/off, pueden tomar

solo dos estados. La denominación digital es más común que la de discreta, aun
cuando es incorrecta, ya que todas las funciones de un PLC, incluidas las E/S son
digitales.

Analógicas: Pueden tomar una cantidad de valores intermedios dentro de un cierto

límite, dependiendo de su resolución. Por ejemplo 0 a 10 Vcc, 4 a 20 mAcc, etc.

Especiales: Son variantes de las analógicas, como las entradas de pulsos de alta
velocidad, termocuplas, RTDs, etc.

Inteligentes: Son módulos con procesador propio y un alto grado de flexibilidad

para su programación. Durante su operación intercambian datos con la CPU

MÓDULO DE ENTRADAS DISCRETAS

El módulo de entradas discretas provee de 32 puntos de entradas en cuatro

grupos aislados de ocho puntos cada uno. Se incluyen LEDs indicadores de
estado ON-OFF para cada punto y están localizados en la parte superior del
módulo. Las señales discretas como los interruptores, son simplemente una señal
de On/Off (1 ó 0, Verdadero o Falso, respectivamente). Los botones e
interruptores son ejemplos de dispositivos que proporcionan una señal discreta.
Las señales discretas son enviadas usando voltaje o corriente, donde un rango
específico corresponderá al On y otro rango al Off. Un PLC puede utilizar 24V de
voltaje continuo en la E/S donde valores superiores a 22V representan un On, y
valores inferiores a 2V representan Inicialmente los PLC sólo tenían E/S discretas.

La estructura típica de una entrada discreta puede separarse en varios bloques

por donde pasará la señal, hasta convertirse en un 0 ó un 1 para la CPU.

Estos bloques son:

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Rectificador: En el caso de una entrada de corriente alterna, convierte la señal en
continua. En el caso de una señal de corriente continua, limita o impide daños por
inversión de polaridad.

Acondicionador de señal: Elimina ruidos eléctricos, detecta los niveles de señal

para los que conmuta el estado lógico (umbral en on/off) y lleva la tensión al nivel
manejado por la CPU.

Indicador de estado: En general se dispone de un indicador luminoso por canal,

que está encendido mientras exista tensión en la entrada, y apaga do en caso
contrario. Un indicador adicional señala el correcto funcionamiento de la tarjeta
permaneciendo encendido si tanto la tarjeta como su comunicación con la CPU no
presentan fallas.

Aislación: Las entradas de la mayor parte de los PLCs son optoaisladas para que,
en caso de sobretensiones externas el daño causado no afecte más que ese
punto, sin perjudicar el resto de la tarjeta ni propagarse al resto del PLC.

Circuito lógico de entrada: Es el encargado de informar a la CPU el estado de la

entrada cuando ésta la interrogue.

MÓDULO DE SALIDAS DISCRETAS

El módulo de salidas discretas provee 32 puntos de salida en cuatro grupos

aislados de ocho puntos cada uno. Cada grupo de cuatro salidas es
individualmente protegido con un fusible de 10 Amp.

LEDs indicadores dan el estado de ON-OFF los cuales están localizados en la

parte frontal del módulo. Así también se cuenta con un LED para indicar el estado
del fusible.

El módulo es compatible con una gran variedad de dispositivos de carga, como

son:

 Solenoides
 Arrancadores de motores
 Indicadores

La estructura típica de una salida discreta es la siguiente:

Circuito lógico de salida: Es el receptor de la información enviada por la CPU.

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Aislación: Cumple una función análoga a la de la aislación de una tarjeta de
entradas discretas.

Indicador de estado: Generalmente se utiliza un indicador de estado por canal,

que se enciende cuando la salida está cerrada, y se apaga cuando está abierta.
Un indicador adicional señala el correcto funcionamiento de la tarjeta,
permaneciendo encendido si tanto la tarjeta como su comunicación con la CPU no
presentan fallas.

Circuito de conexión: Es el elemento de salida a campo, que maneja la carga

conectada por el usuario. Como veremos luego, se dispone de tres opciones de
circuito de conexión: transistor, triac y relé.

Protección: Puede consistir en un fusible en serie con los contactos de salida, una
protección electrónica por sobrecarga, o circuitos RC (resistivos-capacitivos) para
eliminar picos generados por la naturaleza de la carga, en caso de que ésta sea
inductiva y la alimentación sea en corriente continua.

MÓDULOS DE ENTRADAS ANALÓGICAS

Las señales analógicas son como controles de volumen, con un rango de valores
entre 0 y el tope de escala. Esto es normalmente interpretado con valores enteros
por el PLC, con varios rangos de precisión dependiendo del dispositivo o del
número de bits disponibles para almacenar los datos. Presión, temperatura, flujo, y
peso son normalmente representados por señales analógicas. Las señales
analógicas pueden usar voltaje o corriente con una magnitud proporcional al valor
de la señal que procesamos. Por ejemplo, una entrada de 4-20 mA ó 0 -10 V será
convertida en enteros comprendidos entre 0 y 32767.

Contiene entradas analógicas de alto nivel de hasta -/+ 10 Volts de escala

completa y acepta señales de lazo de corriente de 4 a 20 mA. Estas entradas son
convertidas a forma digital por el CPU y otros controladores a través del
backplane.

Las entradas analógicas usan la referencia %AI en el PLC. Cada entrada del canal
usa una palabra de 16 bits de memoria %AI.

En la estructura de una entrada analógica podemos distinguir las siguientes partes

básicas:

Protección: Impide daños al módulo y al resto del PLC por conexión con polaridad
invertida o fuera del rango permitido.

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Filtro analógico: Elimina posibles ruidos que ingresen por la instalación.
Básicamente consiste en un filtro pasa bajos, que permite que las señales de baja
frecuencia lleguen al conversor A/D, evitando el paso de las señales de alta
frecuencia. Este filtro es necesario, ya que ese caso contrario podrían aparecer
señales de alta frecuencia enmascaradas como señales de baja frecuencia.

Multiplexado: Esta etapa consiste en un selector que envía un canal de entrada

por vez al conversor A/D.

Conversor A/D: Es el encargado de transformar la señal analógica es un número

binario interpretable por la CPU.

Aislación: En algunos equipos se dispone de optoaisladores luego del conversor

A/D, para separar la CPU del campo.

Buffer: Memoria donde se almacenan los valores que provienen del conversor,
mientras éste opera sobre los demás canales. Aquí es donde la CPU lee los
valores numéricos convertidos.

MÓDULO DE SALIDAS ANALÓGICAS

Las salidas analógicas de alto nivel aceptan señales digitales del PLC y otros
controladores. Los datos de salida son convertidos a salidas analógicas. Las
salidas analógicas usan la referencia %AQ en el PLC. Cada entrada del canal usa
una palabra de 16 bits de memoria %AQ. El alambrado de campo está diseñado
para poder quitar la tarjeta terminal, y el módulo es mecánicamente ajustable para
asegurar un correcto reemplazo con un módulo similar.

Los PLC pueden clasificarse de diferentes maneras de acuerdo a sus

características, pero en una clasificación más general los podemos clasificar en
tres categorías que son:

PLC Nano: Generalmente es un PLC de tipo compacto (es decir, que integra la
fuente de alimentación, la CPU y las entradas y salidas) que puede manejar un
conjunto reducido de entradas y salidas. PLC Nano

PLC Compacto: Estos PLC tienen incorporada la fuente de alimentación, su CPU y

los módulos de entrada y salida en un solo módulo principal y permiten manejar
desde unas pocas entradas y salidas hasta varios cientos (alrededor de 500
entradas y salidas), su tamaño es superior a los PLC tipo Nano y soportan una
gran variedad de módulos especiales, tales como:

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  Entradas y salidas análogas
 Módulos contadores rápidos Módulos de comunicaciones
 Interfaces de operador
 Expansiones de entrada y salida PLC Compacto

PLC Modular: Estos PLC se componen de un conjunto de elementos que

conforman el controlador final. Estos son:

 El Rack
 La fuente de alimentación
 La CPU
 Los módulos de entrada y salida

De estos tipos de PLC existen desde los denominados Micro-PLC que soportan
gran cantidad de entradas y salida, hasta los PLC de grandes prestaciones que
permiten manejar miles de entradas y salidas.

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BIBLIOGRAFIA O FUENTE

http://controladoreslocgicosprogramables.blogspot.com/p/estructura-de-un-plc.html

https://docplayer.es/69935051-Capitulo-iii-antecedentes-de-los-plc.html

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