Estructura de un autómata programable
Por fuera es una caja con borneras y luces. Por dentro es un microcontrolador industrial rodeado de todo lo que hace falta para que las señales del mundo real —24 V, contactos que rebotan, ruido de motores— entren y salgan sin destruir nada.
01Estructura externa
| Bloque | Función |
|---|---|
| Fuente de alimentación | Alimenta la lógica interna y, en muchos equipos, entrega también los 24 V de los sensores. Su capacidad limita cuántos módulos se pueden montar. |
| CPU | Ejecuta el programa, administra la memoria, atiende la comunicación y hace el autodiagnóstico. |
| Módulos de entrada | Adaptan las señales de campo al nivel de la lógica: filtran, limitan y aíslan. |
| Módulos de salida | Convierten las órdenes en potencia utilizable: relé, transistor o triac. |
| Módulos de comunicación | Puertos serie, bus de campo o Ethernet, para hablar con otros equipos y con la supervisión. |
| Bastidor y bus interno | Soporte mecánico y bus de datos que une la CPU con todos los módulos. |
| Terminal de programación | La PC con el software del fabricante. También sirve para monitorear en línea y forzar señales. |
La salida de 24 V que trae el PLC suele dar unos pocos cientos de miliamperes. Colgar de ahí veinte sensores inductivos, las bobinas de los relés y la iluminación de la botonera termina cargándola al límite: la tensión cae, los sensores empiezan a fallar de manera intermitente y el diagnóstico apunta a cualquier lado menos a la fuente. En cuanto hay varios consumos, se agrega una fuente externa y se comparte el común.
02Memoria y direccionamiento
| Zona | Qué guarda |
|---|---|
| Memoria de programa | El programa de usuario, en memoria no volátil. Se conserva sin alimentación. |
| Imagen de entradas | La foto del estado de todas las entradas al comienzo del ciclo. Es lo que el programa lee. |
| Imagen de salidas | Lo que el programa escribe, y que se vuelca a los terminales al final del ciclo. |
| Marcas internas | Bits auxiliares: banderas, estados intermedios, resultados de comparaciones. No tienen terminal físico. |
| Datos | Palabras, enteros y reales para cálculos, consignas y valores de proceso. |
| Temporizadores y contadores | Bloques con su valor de preselección, su valor actual y su bit de salida. |
| Zona retentiva | Parte de la memoria que sobrevive al corte de energía: producción acumulada, consignas, estado de la máquina. |
La notación cambia entre fabricantes pero la idea es la misma: un identificador de tipo, un byte y un bit. Por ejemplo %I0.3 es la cuarta entrada del primer byte, %Q1.0 la primera salida del segundo byte, %M10.2 una marca interna y %IW64 una palabra de entrada analógica.
Lo importante no es la sintaxis sino la disciplina: toda señal lleva un
nombre simbólico —arranque_bomba, nivel_alto— y el programa se escribe
con esos nombres. Un programa lleno de %I y %Q sin símbolos es indescifrable para el que venga
después, que casi nunca es quien lo escribió.
03Módulos de entrada
- Trabajan típicamente a 24 V de continua; también existen de 110 y 220 V alterna.
- Cada entrada tiene un filtro de algunos milisegundos que elimina el rebote de los contactos y el ruido. Ese filtro se suma al tiempo de ciclo.
- Un indicador LED por canal muestra el estado real: es la primera herramienta de diagnóstico.
- Umbrales definidos: por debajo de unos 5 V es cero seguro, por encima de unos 15 V es uno seguro. En el medio, indefinido.
Un sensor PNP entrega +24 V cuando detecta; uno NPN entrega 0 V. El módulo de entrada tiene que estar cableado en consecuencia: común a 0 V para sensores PNP, común a +24 V para NPN.
Mezclar los dos tipos en el mismo grupo de entradas es uno de los errores de cableado más frecuentes, y produce entradas que quedan siempre activas o siempre apagadas.
| Entrada analógica | Características |
|---|---|
| 4 a 20 mA | El estándar industrial. Al ser corriente, no le afecta la caída en el cable, y el cero vivo permite distinguir «cero de la variable» de «cable cortado». |
| 0 a 10 V | Simple y económica, pero sensible al ruido y a la longitud del cable. Para tramos cortos dentro del tablero. |
| Termopar y PT100 | Módulos específicos con linealización y compensación de junta fría ya resueltas internamente. |
| Resolución | Habitualmente 12 a 16 bits sobre el rango. El programa recibe un número entero que hay que escalar a la unidad de ingeniería. |
Un transmisor de presión de 0 a 10 bar entrega 4 a 20 mA. El módulo del PLC convierte ese rango a un entero de 0 a 27648.
presión = lectura × 10 / 27648
Con una lectura de 13 824: presión = 13 824 × 10/27 648 = 5,0 bar. Y si el cable se corta, la corriente cae a 0 mA, la lectura se va por debajo de cero y el programa puede detectar la falla en lugar de creer que la presión es nula. Ésa es toda la ventaja del cero vivo, y es la razón por la que 4-20 mA sigue vigente.
04Módulos de salida
| Tipo | Corriente | Velocidad | Cuándo se usa |
|---|---|---|---|
| Relé | 2 a 5 A | lenta (ms) | Lo más versátil: sirve para continua y alterna, y con contacto libre de potencial. Se desgasta con las maniobras. |
| Transistor | 0,5 a 2 A | rápida (µs) | Sólo continua. Para electroválvulas, señalización y salidas por PWM o de pulsos. |
| Triac | 0,5 a 2 A | media | Sólo alterna, sin contactos que se desgasten. Buena para cargas que conmutan muy seguido. |
- Diodo de rueda libre en toda bobina de continua, lo más cerca posible de ella. Sin él, el pico de apertura destruye el transistor de salida.
- Circuito supresor —resistencia y capacitor en serie— en las bobinas de alterna.
- Fusible por grupo de salidas: un cortocircuito en el campo no puede llevarse el módulo entero.
- Relés o contactores intermedios para cargas grandes. La salida del PLC ordena, no alimenta.
- Respetar la corriente por grupo, que siempre es menor que la suma de las corrientes individuales máximas.
05En el laboratorio
Sobre un PLC real: identificar fuente, CPU, módulos y borneras; leer la placa de características; determinar tensión de alimentación, cantidad y tipo de E/S, y corriente disponible en la salida de 24 V. Dibujar el diagrama de bornes completo antes de conectar nada.
Cablear un sensor inductivo PNP y otro NPN a las entradas, con el común correcto en cada caso. Después intercambiarlos a propósito y observar el comportamiento: entradas siempre activas o siempre inactivas. Documentar cómo se reconoce cada caso desde los LED del módulo.
Conectar un potenciómetro o un transmisor a una entrada analógica y leer el valor crudo. Escribir la conversión a unidad de ingeniería y verificarla con un multímetro en varios puntos. Agregar la detección de rotura de cable por debajo de 4 mA.
Accionar una electroválvula de continua desde una salida a transistor, con y sin diodo de rueda libre, observando el pico de apertura con el osciloscopio. Medir la tensión inversa que aparece sin el diodo: suele superar los cien volts.
06Errores frecuentes
| Síntoma | Causa habitual |
|---|---|
| Entradas siempre activas o siempre apagadas | Sensor PNP cableado como NPN, o común mal conectado. |
| Sensores que fallan de manera intermitente | La fuente interna de 24 V está sobrecargada y la tensión cae. |
| Se quema la salida a transistor | Falta el diodo de rueda libre en la bobina. |
| Salidas que no responden en un grupo | Fusible del grupo abierto, o corriente total por encima de lo admitido. |
| Lectura analógica ruidosa | Señal de 0-10 V por cable largo o junto a la potencia. Corresponde 4-20 mA y cable apantallado. |
| El programa cree que la presión es cero | Cable cortado sin detección: no se aprovechó el cero vivo del 4-20 mA. |
| Se pierden datos al cortar la energía | Las variables no estaban en la zona retentiva. |
| Programa imposible de mantener | Señales sin nombres simbólicos ni comentarios. |
07Autoevaluación
¿Qué es la imagen de proceso?
La copia en memoria del estado de todas las entradas, tomada al comienzo del ciclo. El programa lee de ahí, nunca del terminal físico, y por eso trabaja sobre una foto coherente.
¿Para qué sirve la aislación galvánica en las E/S?
Para que no haya conexión eléctrica entre el campo y la lógica: el ruido, las sobretensiones y las diferencias de potencial de la planta no llegan al procesador.
Diferencia entre un sensor PNP y uno NPN.
El PNP entrega +24 V al activarse y el NPN entrega 0 V. El módulo de entrada debe cablearse con el común correspondiente en cada caso.
¿Por qué se prefiere 4-20 mA a 0-10 V?
Porque al ser corriente no le afecta la caída en el cable, resiste mejor el ruido, y el cero vivo permite distinguir una variable en cero de un cable cortado.
Escalar una lectura de 6912 sobre 27648 para un rango de 0 a 10 bar.
6912 × 10/27 648 = 2,5 bar.
¿Qué tipo de salida corresponde para una carga de alterna que conmuta muy seguido?
Salida a triac: no tiene contactos que se desgasten y maneja alterna. El relé se picaría con tantas maniobras.
¿Qué se agrega a una bobina de continua accionada por una salida a transistor?
Un diodo de rueda libre en antiparalelo, lo más cerca posible de la bobina. Sin él, el pico de apertura destruye el transistor.
¿Qué es la zona retentiva de memoria?
La parte que conserva su contenido al cortar la alimentación: producción acumulada, consignas, estado de la máquina.
¿Por qué el filtro de entrada aumenta el tiempo de respuesta?
Porque el módulo ignora los cambios más breves que el filtro para eliminar rebotes y ruido. Ese retardo se suma al tiempo de ciclo.
¿Por qué toda señal debe tener nombre simbólico?
Porque el programa es la documentación de la máquina, y quien lo mantenga años después no va a ser quien lo escribió. Un programa lleno de %I y %Q sin símbolos es indescifrable.