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La Automatización Totalmente Integrada comprende un nuevo concepto de elaboración de tareas de automatización industrial.  Las soluciones de automatización existentes se componen de una mezcla de diferentes sistemas tecnológicos y fabricantes.

Los Controles Lógicos Programables o PLC´s, son empleados en niveles de campo donde el nivel de célula utiliza una mezcla de PC y PLC´s y el nivel de control de procesos solo utiliza PC’s.

Hasta ahora, es muy usual que cada uno de esos sistemas utilice un software e interfaz de usuario totalmente distinto al anterior. Además está el hecho de que incluso dichos sistemas se componen de elementos procedentes de diferentes fabricantes.

Debido a la gran variedad de estas soluciones, se producen frecuentemente problemas de comunicaciones. Los datos deben de ser leídos y escritos varias veces, con lo que no existe el concepto consistente de la preparación de grandes cantidades de datos.

La idea fundamental es una base de tecnología que proporcione soluciones a los problemas individuales. Debería demandar una posterior filosofía de proyecto de mantenimiento y servicio únicos. 

La Automatización Totalmente Integrada responde a la llegada de los límites de sistemas existentes. Todos los dispositivos y sistemas son integrados en una solución automatizada conjunta, donde se alcanza la uniformidad en el almacenamiento de datos, configuración, programación, e incluso la comunicación.

 

• Practicamente todas la industrias en el mundo poseen al menos un proceso pequeño sistema automático en sus procesos o máquinas, lo cual significa que la automatización es un área que está en permanente contacto con nosotros.
• Por esa razón debemos estar preparados y conocer el funcionamiento de dichos sistemas, por insignificante que parezcan.
• El conjunto de técnicas que se tiene por objeto la regulación, el mando y la organización de maquinas que realizan determinado trabajo, sin la intervención humana directa sobre sus elementos se le conoce como automatización.
• De aqui se desprende que, un automatismo es un dispositivo eléctrico, electrónico, neumático, etc. capaz por si solo de controlar la operación de una máquina o proceso de acuerdo a los parámetros con los cuales ha sido diseñado.
• Con un sistema automático se busca principalmente aumentar la eficiencia del proceso incrementando la velocidad, la calidad, la precisión y disminuir los riesgos que normalmente se tendría si fuese realizada de manera manual.

Los automatismos estan compuestos de tres partes principales, como son la obtención de señales por parte de los sensores, el procesamiento de dichas señales, hecho por procesadores inteligentes y la ejecución de las respuestas efectuadas por los actuadores.

Componentes básicos de un PLC

La estructura básica de cualquier aotómata es la siguiente:

• Fuente de alimentación
• CPU
• Módulos de entrada
• Módulos de salida
• Terminal de programación
• Perifericos

Respecto a su disposición externa, los autómatas pueden contener varias de estas secciones en un mismo módulo o cada una de ellas separadas por diferentes módulos.
Así se pueden distinguir autómatas Compactos y Modulares

CPU
          La Unidad Central de Procesos es el auténtico cerebro del sistema. Se encarga de recibir las ordenes, del operario por medio de la consola de programación y el modulo de entradas. Posteriormente las procesa para enviar respuestas al módulo de salidas. En su memoria se encuentra residente el programa destinado a  controlar el proceso. 
La CPU es el corazón del autómata programable. Es la encargada de ejecutar el programa de usuario mediante el programa del sistema (es decir, el programa de usuario es interpretado por el programa del sistema).

Sus funciones son:

•  Vigilar que el tiempo de ejecución del programa de usuario no excede un determinado tiempo máximo (tiempo de ciclo máximo). A esta función se le suele denominar Watchdog (perro guardián).  

•  Ejecutar el programa de usuario.  

•  Crear una imagen de las entradas, ya que el programa de usuario no debe acceder directamente a dichas entradas.  

•  Renovar el estado de las salidas en función de la imagen de las mismas obtenida al final del ciclo de ejecución del programa de usuario.  

•  Chequeo del sistema. 

Memoria del Autómata

Dentro de la CPU vamos a disponer de un área de memoria, la cual emplearemos para diversas funciones: 

• Memoria del programa de usuario: aquí introduciremos el programa que el autómata va a ejecutar cíclicamente.

• Memoria de la tabla de datos: se suele subdividir en zonas según el tipo de datos (como marcas de memoria, temporizadores, contadores, etc.).  

• Memoria del sistema: aquí se encuentra el programa en código máquina que monitorea el sistema (programa del sistema o firmware). Este programa es ejecutado directamente por el microprocesador/microcontrolador que posea el autómata.

• Memoria de almacenamiento: se trata de memoria externa que empleamos para almacenar el programa de usuario, y en ciertos casos parte de la memoria de la tabla de datos. Suele ser de uno de los siguientes tipos: EPROM, EEPROM, o FLASH.
Cada autómata divide su memoria de esta forma genérica, haciendo subdivisiones específicas según el modelo y fabricante. 

Memorias de un PLC

Memoria ROM , no accesible desde el exterior, en la que el fabricante graba el programa monitor, sistema ejecutivo o firmware para realizar las siguientes tareas:

• Inicializa el PLC al energizar o restablecer (reset), inicia el ciclo de exploración de programa.
• Realiza autotest en la conexión y durante la ejecución del programa
• Comunicación con periféricos y unidad de  programación
• Lectura y escritura en las interfases de E/S.
• Contiene el interprete del programa del usuario, si existe.

La memoria de imagen de entradas y salidas

• Almacena las últimas señales tanto las leidas en la entrada como las  enviadas a la salida actualizándose tras cada ejecución completa del programa

• Las señales de entrada consideradas para el cálculo no son las actuales de la planta , sino las presentes en la memoria imagen leidos en el ciclo anterior.

•  Y  los resultados obtenidos no van directamente a la interfaz de salida sino a la memoria imagen de salidas cuando finaliza cada ejecución del programa.

Las memorias de imagen de entradas y salidas del proceso existen por tres razones:

• El sistema verifica todas las entradas al comenzar el ciclo. De este modo se sincronizan y ”congelan” los valores de estas entradas durante la ejecución del programa. La imagen del proceso actualiza las salidas cuando termina de ejecutarse el programa. Ello tiene un efectoestabilizador en el sistema.

•  El programa de usuario puede acceder a la imagen del proceso mucho más rápido de lo que podría acceder directamente a las entradas y salidas físicas, con lo cual se acelera su tiempo de ejecución.

•  Las entradas y salidas son unidades de bit a las que se debe acceder en formato de bit. No obstante, la imagen del proceso permite acceder a ellas en formato de bits, bytes, palabras y palabras dobles, lo que ofrece flexibilidad adicional .

Interfases de entrada y salida

Sección de entradas: se trata de líneas de entrada, las cuales pueden ser de tipo digital o analógico. En ambos casos tenemos unos rangos de tensión característicos, los cuales se encuentran en las hojas de características del fabricante. A estas líneas conectaremos los sensores.  

Sección de salidas: son una serie de líneas de salida, que también pueden ser de carácter digital o analógico. A estas líneas conectaremos los actuadores.  

Tanto las entradas como las salidas están aisladas de la CPU según el tipo de autómata que utilicemos. 

Se pueden diferenciar dos tipos de sensores conectables  al módulo de entradas: 

Los Pasivos y los Activos.   

  

Los sensores Pasivos son aquellos que cambian su estado lógico, activado - no activado, por medio de una acción mecánica. Estos son los Interruptores, pulsadores, finales de carrera, etc.       

Los sensores Activos son dispositivos electrónicos que necesitan ser alimentados por una tensión para que varíen su estado lógico. Este es el caso de los diferentes tipos de detectores (Inductivos, Capacitivos, Fotoeléctricos). Muchos de estos aparatos pueden ser alimentados por la propia fuente de alimentación del autómata.

En resumen los componentes deun PLC lo podemos representar asi:

La interfases de entrada u salida en resumen efectuan lo siguiente:

• Establecen la comunicación entre la unidad central y el proceso
• Filtran
• Adaptan
• Codifican

 Clasificación de las entradas y salidas

Por el tipo de señales:

• Digitales de 1 bit
• Digitales de varios bits (enconder´s)
• Analógicas

Por la tensión de alimentación:

• De corrinete continua (estáticas de 24 / 110 Vcc)
• De corriente continua a colector abierto, es decir transistorizadas (PNP o NPN)
• Salidas a rele (libres de tensión)

Por el aislamiento: 

• Con separación Galvánica (optoaclopadores)
• Con acoplamiento directo

Fuente de alimentación

• Es la encargada de convertir la tensión de la red 110 Vac o 220 Vac, a baja tensión de corriente continua, normalmente 24 volts.

Gentileza P.G.F.