PLC: Unidad 2. Arquitectura y funciones de memoria.pdf

UNIDAD II
Arquitectura y Funciones de
Memoria

Automatización Lógica Programable
Índice
MÓDULO 1: PROGRAMACIÓN BÁSICA
Unidad II: ARQUITECTURA Y FUNCIONES DE MEMORIA
1. Arquitectura del PLC ........................................................................................ 1
1.1 Objetivos ............................................................................................ 1
1.2 Objetivos ............................................................................................ 1
1.3 Contenidos .......................................................................................... 1
1.3.1 Estructura básica de un PLC ......................................................... 1
1.3.2 Fuente de alimentación ............................................................... 2
1.3.3 Unidad de Procesamiento Central (CPU) ......................................... 3
1.3.4 Módulos o interfases de entrada y salida (E/S) ................................. 4
1.3.4.1 Módulos de entrada discreta ........................................... 5
1.3.4.2 Módulos de salida analógica ............................................ 7
1.3.4.3 Módulos de entrada analógica ......................................... 9
1.3.5 Módulos de salida analógica ....................................................... 10
1.3.6 Módulos de memoria ................................................................ 11
1.3.6.1 Memoria RAM (Random Access Memory) ........................ 11
1.3.6.2 Memoria EPROM (Enable Programmable Read
Only Memory) ........................................................... 12
1.3.6.3 Memoria EEPROM (Electrically Erasable
Programmable Read Only Memory) ................................ 12
1.3.7 Unidad de programación ........................................................... 12
1.4 Programación: memorias internas ........................................................... 14
1.5 Programación: memorias Set / Reset ...................................................... 18
1.6 Resumen .......................................................................................... 21
1.7 Preguntas de autocomprobación ............................................................ 22
1.8 Respuestas a las preguntas de autocomprobación ..................................... 22

1
1. ARQUITECTURA DEL PLC
1.1 INTRODUCCIÓN
Los profesionales técnicos deben saber identificar las partes que componen el
PLC, para su mejor manejo y para efectuar un diagnóstico eficaz de las fallas.
En este segundo módulo, usted aprenderá los conceptos necesarios para el
reconocimiento del PLC y se reconocerán los principios de su funcionamiento.
Se le invita a leer atentamente el siguiente texto para que usted esté en
condiciones de identificar cada una de las partes que conforman el PLC.
1.2 OBJETIVOS
♦ Identificar las partes constitutivas del PLC.
♦ Reconocer el principio de funcionamiento de cada una de las partes.
♦ Utilizar el PLC para el control de componentes.
1.3 CONTENIDOS
1.3.1 ESTRUCTURA BÁSICA DE UN PLC
Un controlador lógico programable está constituido por un conjunto de
módulos o tarjetas (circuitos impresos), en los cuales están ubicados
los componentes electrónicos que permiten su funcionamiento. Cada
una de las tarjetas cumple una función específica. Algunos PLC tienen
una cubierta o carcaza, llamada comúnmente “rack”, que viene a ser
un bastidor donde se alojan las tarjetas en forma ordenada, que por
lo general están comunicadas.
El controlador programable tiene una estructura muy semejante a l
os
sistemas de programación, como el computador, cuya estructura
física (hardware) está constituido por:
♦ Fuente de alimentación.
♦ Unidad de procesamiento central (CPU).
♦ Módulos o interfases de entrada/salida (E/S).
♦ Módulos de memoria.
♦ Unidad de programación.
En algunos casos cuando el trabajo que debe realizar el controlador es
más exigente, se incluyen:

2
♦ Módulos inteligentes.
En la figura siguiente se muestra el diagrama de bloques de un
automatismo gobernado por PLC, y a continuación se describe, con
mayor detalle, cada una de las partes del controlador programable.
Diagrama de bloques de un PLC gobernando un proceso
1.3.2 FUENTE DE ALIMENTACIÓN
La función de la fuente de alimentación en un controlador, es
suministrar la energía eléctrica a la CPU y demás tarjetas según
la configuración del PLC.

3
En los circuitos interiores de una fuente de alimentación se transforma
la tensión alterna de la red a tensión continua, en niveles que
garanticen el funcionamiento del hardware del PLC.
A la fuente de alimentación también se le conoce como la fuente de
poder: Power Supply.
Fuente de alimentación para un PLC modular Simatic S5
(Cortesía de Siemens)
Todas las fuentes están protegidas contra cortocircuitos mediante
fusibles, que muy fácilmente pueden ser reemplazados en caso de
una avería.
1.3.3 UNIDAD DE PROCESAMIENTO CENTRAL (C.P.U.)
Es la parte más compleja e imprescindible del controlador programable,
en otros términos, podría considerarse el cerebro del controlador.
La unidad central está diseñada en base a microprocesadores y
memorias. Las memorias son del tipo ROM y RAM.
La memoria ROM (Read Only Memory): es una memoria de lectura,
que permanece fija en el CPU, contiene el sistema operativo con que
opera el controlador, NO SE BORRA.
La memoria RAM (Random Access Memory): memoria de acceso
aleatorio, es una memoria volátil y fácil de modificarla.
En la memoria RAM se ubican:
⇒ La memoria del usuario.
⇒ Los temporizadores.
⇒ Los contadores.
⇒ Los bits o memorias internas.
⇒ Base de datos.
Sobre los que detallaremos más adelante, en otros módulos.

4
Unidades de procesamiento central: Telemecanique
(TSX 87-40 y TSX 107-40) / (Cortesía de Telemecanique)
La CPU al igual que para las computadoras, se pueden clasificar de
acuerdo a la capacidad de su memoria y las funciones que puedan
realizar, además de su velocidad de procesamiento. El tiempo de
lectura del programa está en función del número y tipo de
instrucciones, y por lo general es del orden de los milisegundos. Este
tiempo tan pequeño significa, que cualquier modificación de estado en
una entrada, modifica casi instantáneamente el estado de una señal
de salida.
1.3.4 MÓDULOS O INTERFASES DE ENTRADA Y SALIDA (E/S)
Los módulos de entrada o salida son las tarjetas electrónicas que
proporcionan el vínculo entre la CPU del controlador programable y los
dispositivos de campo del sistema. A través de ellas se origina el
intercambio de información, ya sea con la finalidad de adquirir de
datos, o para el mando o control de las máquinas presentes en el
proceso.
Los dispositivos de campo de entrada más utilizados son: los
interruptores, los finales de carrera, termostatos, pulsadores, sensores
de temperatura, entre otros.

5
Los dispositivos de campo de salida más utilizados son: los
contactores principales, las lámparas indicadoras y los reguladores de
velocidad.
Los módulos de entrada, transforman las señales de entrada a niveles
permitidos por la CPU. Mediante el uso de un acoplador óptico, los
módulos de entrada aíslan eléctricamente el interior de los circuitos,
protegiéndolo contra tensiones peligrosamente altas, los ruidos
eléctricos y señales parásitas. Finalmente, filtran las señales
procedentes de los diferentes sensores ubicados en las máquinas.
Los módulos de salida, permiten que la tensión llegue a los dispositivos
de salida. Con el uso del acoplador óptico y con un relé de impulso, se
asegura el aislamiento de los circuitos electrónicos del controlador, y se
transmiten las órdenes hacia los actuadores de mando.
Tipos de módulos de entrada y salida
Debido a que existen una gran variedad de dispositivos exteriores
(sensores y actuadores), encontramos diferentes tipos de módulos
de entrada y salida, cada uno de los cuales sirve para manejar cierto
tipo de señal (discreto o análogo) a determinado valor de tensión o
corriente en DC o AC.
1.3.4.1 MÓDULOS DE ENTRADA DISCRETA
Estas tarjetas electrónicas se usan como enlace o
interfases entre los dispositivos externos, denominados
también sensores, y la CPU del PLC.
Estos sensores son los encargados de leer los datos del
sistema, que para este caso sólo son del tipo discreto,
además, tienen la característica de comunicar los dos
estados lógicos: activado o desactivado, o lo que es lo
mismo, permitir el paso o no de la señal digital (1 ó 0).
Los sensores pueden ser d
el tipo manual (pulsadores,
conmutadores, selectores, etc.) o del tipo automático
(finales de carrera, detectores de proximidad inductivos o
capacitivos, interruptores de nivel, etc.)
pulsador
En la figura siguiente, se presentan los circuitos eléctricos
equivalentes y elementales de los módulos de entrada
discreta para DC y AC respectivamente. Ambos tipos de

6
interfase tienen el mismo principio, a diferencia que los de
alterna incluyen una etapa previa de rectificación.
Circuitos equivalentes de las interfases de entrada discreta en DC y AC

7
Módulos de entrada discreta de la familia Simatic-S5
1.3.4.2 MÓDULOS DE SALIDA DISCRETA
Al igual que los módulos de entrada discreta, estos
módulos se usan como interfase entre la CPU del
controlador programable y los dispositivos externos
(actuadores), en la que sólo es necesario transmitirle dos
estados lógicos, activado o desactivado. Los actuadores
que se conectan a estas interfases pueden ser:
contactores, relés, lámparas indicadoras, electroválvulas,
displays, anunciadores, etc.

8
MÓDULOS DE SALIDA DISCRETA TIPO TRANSISTOR
Su principio de funcionamiento es a base de transistores, lo que significa una
constitución íntegramente en estado sólido con características para trabajar en
corriente continua (DC) de larga vida útil y con bajo nivel de corriente.
Circuito equivalente de una interfase de salida discreta en DC (Tipo
transistor)
MÓDULOS DE SALIDA DISCRETA TIPO TRIAC
Estas interfases funcionan mediante la conmutación de un Triac, son igualmente en
estado sólido y se usan para manejar señales en corriente alterna.
Circuito equivalente de una interfase de salida discreta en AC
(Tipo TRIAC)

9
MÓDULOS DE SALIDA DISCRETA TIPO RELÉ
Estos módulos a diferencia de los anteriores, están compuestos por dispositivos
electrónicos y un micro relé electromagnético de conmutación. Su campo de acción le
permite trabajar en AC y DC y con diferentes niveles de tensión, con la ventaja de
manejar corrientes más elevadas pero con el inconveniente de una corta vida útil
debido al desgaste de la parte móvil de los contactos.
Durante su funcionamiento estos módulos se caracterizan respecto a los de estado
sólido, por el reconocible sonido de los contactos de conmutación que emiten los micro-
relés.
Circuito equivalente de una interfase de salida discreta en AC (Tipo Relé)
1.3.4.3 MÓDULOS DE ENTRADA ANALÓGICA
Los módulos de entrada analógica son tarjetas electrónicas
que tienen como función, digitalizar las señales analógicas
para que puedan ser procesadas por la CPU. Estas
señales analógicas que varían continuamente, pueden ser
magnitudes de temperaturas, presiones, tensiones,
corrientes, etc.
A estos módulos, según su diseño, se les puede conectar
un número determinado de sensores analógicos. A estos
terminales de conexión (2), se les conoce como canales.
Existen tarjetas de 4, 8, 16 y 32 canales de entrada
analógica.
Es importante señalar, que cualquier magnitud analógica
que se desea procesar a través de los módulos de
entradas analógicas, tiene que estar representada por una
señal de tensión, corriente o resistencia; este trabajo es
realizado por el mismo sensor o a través de un transductor
(dispositivo que transforma cualquier parámetro físico,
químico y biológico en una magnitud eléctrica).
Estos módulos se distinguen por el tipo de señal que
reciben, pudiendo ser de tensión (mV) o de corriente (mA)

10
los que se encuentran dentro de ciertos rangos
estandarizados. Los más difundidos son:
Señal de corriente: 0-20 mA, 4-20 mA, ±10 mA
Señal de tensión: 0-10V, 0-5V, 0-2V, ±10V
La ventaja de trabajar con señales de corriente y no con
señales de tensión, radica en que no se presentan los
problemas del ruido eléctrico y de caída de tensión.
Módulo de entrada analógica
(Cortesía Siemens)
1.3.5 MÓDULOS DE SALIDA ANALÓGICA
Estos módulos son usados cuando se desea transmitir hacia los
actuadores análogos señales de tensión o de corriente que varían
continuamente.
Su principio de funcionamiento puede considerarse como un proceso
inverso al de los módulos de entrada analógica.
Las señales analógicas de salida son de dos tipos, señales de
corriente y señales de tensión. Dentro de los valores estandarizados
tenemos:
Señal de corriente: 0-20mA, 4-20mA, ± 20 mA
Señal de tensión: 0-10V, ± 10V

11
Módulo de salida análogo
(Cortesía de Telemecanique)
1.3.6 MÓDULOS DE MEMORIA
Son dispositivos electrónicos enchufables en la CPU, destinados a
guardar información de manera provisional o permanente. Se cuentan
con dos tipos de memorias, volátiles (RAM) y no volátiles (EPROM Y
EEPROM), según requieran o no de energía eléctrica para la
conservación de la información.
La capacidad de memoria de estos módulos se diseñan para
diferentes tamaños, las más típicas son: 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128,
256 Kb, y más, excepcionalmente.
A continuación se detalla los diferentes tipos:
1.3.6.1 MEMORIA RAM (Random Access Memory)
Este tipo de memoria sirve para almacenar el programa del
usuario durante su elaboración y prueba, donde es posible
modificarlo constantemente. El contenido de la memoria
RAM, es volátil, es decir, su contenido se pierde si el
suministro de energía proporcionado por la fuente de
alimentación se desconecta.
Por consiguiente, para evitar perder la información ante
fallas del suministro, es necesario salvaguardarlo mediante
una batería de larga duración enchufable en la CPU, estas
baterías están disponibles para todos los tipos de
controladores y tienen una duración que varía entre 2 a 5
años, dependiendo del tipo de CPU. Es importante por
consiguiente, que esta batería se mantenga en perfectas
condiciones durante todo el tiempo de funcionamiento del
PLC.

12
1.3.6.2 MEMORIA EPROM (Enable Programmable Read
Only Memory)
Es un módulo de memoria enchufable del tipo no volátil, es
decir, la información contenida se conserva aún cuando se
pierde el suministro de energía. Se utiliza normalmente
para guardar programas definitivos ya probados y
debidamente depurados, además pueden ser
transportados y utilizados en cualquier controlador de su
marca y tipo.
Para grabar este módulo es necesario utilizar aparatos de
programación destinados también, para este propósito,
mientras que para borrarlos deben ser sometidos a rayos
ultravioletas durante 15 a 45 minutos. Por lo tanto, se
requiere de una unidad para la escritura y otra para el
borrado.
Módulo de memoria EPROM de 8 Kb
1.3.6.3 MEMORIA EEPROM (Electrically Erasable
Programmable Read Only Memory)
Este módulo tiene las mismas características que el módulo
EPROM, con la única diferencia que el borrado se realiza
eléctricamente, es por ello que se denomina memoria de
sólo lectura, eléctricamente programable y borrable.
Para estos tipos de módulos, los aparatos de programación
realizan las dos funciones, tanto de programación como de
borrado.

13
1.3.7 UNIDAD DE PROGRAMACIÓN
Los aparatos de programación denominados también terminales de
programación, son el medio de comunicación entre el hombre y la
máquina, a través de la escritura y lectura; con estos terminales
podemos realizar la modificación, monitoreo, forzado, diagnóstico y la
puesta a punto de los programas. Estos aparatos están constituidos
por un teclado y un dispositivo de visualización, donde el teclado
muestra todos los símbolos (números, letras, instrucciones, etc.)
necesarios para la escritura del programa y otras acciones
anteriormente señaladas. El visualizador o pantalla pone a la vista
todas las instrucciones programadas o registradas en memoria.
Los aparatos de programación son una herramienta importante y
necesaria para el diálogo con el PLC, pero físicamente independiente,
las cuales nos permiten:
• Escribir a través de una lista de instrucciones o mediante un
método gráfico los programas, así como modificarlos o borrarlos
de manera total o parcial.
• Leer o borrar los programas contenidos en la memoria RAM de la
CPU, o también de las memorias EPROM o EEPROM.
• Simular la ejecución de las instrucciones del programa a través del
forzado de las entradas o salidas.
• Detectar y visualizar las fallas del programa o fallas originadas en
los dispositivos de campo de entrada o salida.
• Visualizar en todo momento el estado lógico de los dispositivos de
entrada y accionadores (en tiempo real).
• Realizar la transferencia de los programas contenidos en la
memoria RAM o EPROM, a los diferentes periféricos, tales como:
discos magnéticos o impresora.
Programador tipo computadora

14
1.4 MEMORIAS INTERNAS
Continuando con la programación, ahora veremos otra herramienta muy
usadas en la solución de aplicaciones industriales
¿Qué es una memoria interna?
Una memoria interna es aquella donde se puede almacenar los resultados
provenientes de las combinaciones de entradas y salidas y, este valor
almacenado, puede tomar diferente denominaciones tales como:
Bits (B)
Marca (M)
Bandera (F), etc.
Una memoria interna se considera desde el punto de vista técnico, como una
salida virtual, esto quiere decir que físicamente no activa una salida como un
contactor, sino, es un dato que se encuentra almacenado en la memoria y
puede tomar los valores de 0 y 1.
Sus ventajas se reflejan en:
• Simplifica la solución de los problemas.
• Rápido diagnóstico de fallas, etc.
La interpretación del funcionamiento será más clara cuando desarrollemos el
siguiente ejemplo:

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PRENSA HIDRÁULICA
DESCRIPCIÓN TECNOLÓGICA:
Automatizar una prensa hidráulica, de modo que sólo pueda funcionar cuando la
rejilla protectora esté cerrada (S3 y S4). Además deberán haberse presionado dos
pulsadores (S1 y S2), y el pistón se encuentre en su posición inicial (S5).
Si durante el descenso del pistón, la rejilla de abre o se deja de presionar cualquiera
de los dos pulsadores, el pistón se detiene instantáneamente.
Cuando el pistón llega al límite inferior (S6), inmediatamente inicia su retorno al límite
superior. Durante su retorno, la rejilla protectora puede abrirse y dejar de presionar
los pulsadores.
Todos los pulsadores e interruptores de final de carrera están normalmente abiertos
en su estado de reposo.
ESQUEMA TECNOLÓGICO
S2
S4
S3
S1
S5
S6
Y1 Y2
Se pide:
1 Lista de ordenamiento
2 Diagrama de contactos
3 Plano de funciones
4 Diagrama de conexiones

16
1. LISTA DE ORDENAMIENTO
ENTRADAS
DESIGNACIÓN DESCRIPCIÓN OPERANDO
S1 Pulsador N.A. I0,1
S2 Pulsador N.A. I0,2
S3 Interruptor final de carrera N.A. I0,3
SALIDAS
Y1 Bobina de electroválvula O2,1
Y2 Bobina de electroválvula O2,2
2. DIAGRAMA DE CONTACTOS
I0,2
I0,1 B1
I0,3 I0,4
I0,5 I0,6
B1 O2,1
O2,1
I0,6 I0,5
O2,2
O2,2

17
3. PLANO DE FUNCIONES
&
I0,1
I0,4 B1
I0,5
O2,1
I0,2
I0,3
&
B1
I0,6 O2,1
I0,6
O2,2
&
I0,5 O2,2
4. DIAGRAMA DE CONEXIONES
6
5
4
3
2
1
0 0
1
2
3
4
5
6
PLC
7
7
S2Q
S1Q Y1
S3Q
S4Q
S5Q
S6Q
Y2
INPUT OUTPUT

18
1.5 MEMORIAS SET / RESET
El principio de funcionamiento de esta memoria denominada SET / RESET
consiste:
Con la presencia de una señal discreta del tipo permanente (interruptor,
conmutador, etc.) o mediante un pulso por el lado Set de la función, se
produce una memorización de la salida; esto significa que dicha salida queda
activada permanentemente, aún cuando está señal desaparezca después,
siempre y cuando por el lado delReset no se active la señal que lo afecta.
Cuando se desea borrar la memorización de la salida, es decir dasactivarlo,
será necesario aplicarle por el lado del reset de la función la condición lógica 1 a
través de la entrada que lo afecta. Solamente es necesario, al igual que para el
set aplicar un pulso.
Finalmente, si existiera la simultaneidad de señales tanto por el lado set como
reset, la activación de la salida se producirá o no, conforme estén ordenadas
las instrucciones de set y reset en la función; esto significa, que si el set esta
primero que el reset, la salida no se activa, y si la orden de reset está primera
que la del set la salida se activa.
Para una mejor compresión del tema, explicaremos mediante un ejercicio como
se aplica la función set / reset.

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ARRANQUE DIRECTO DE UN MOTOR ELÉCTRICO
DESCRIPCIÓN TECNOLÓGICA
Se desea arrancar un motor eléctrico trifásico en directo que cuenta con:
• Relé térmico de protección contra sobrecarga.
• Pulsadores de arranque y parada.
CIRCUITOS
Control Fuerza
Se pide:
1 Lista de ordenamiento
2 Diagrama de contactos
3 Plano de funciones
4 Diagrama de conexiones
1. LISTA DE ORDENAMIENTO
ENTRADAS
F1F Relé térmico N.C. I0,0
S2Q Pulsador de parada N.C. I0,1
S3Q Pulsador de arranque N.A. I0,2
SALIDAS
K1M Contactor principal O2,1

20
2. DIAGRAMA DE CONTACTOS
I0,2
I0,0 O2,1
I0,1
O2,1
S
R
3. PLANO DE FUNCIONES
S
R
I0,2
I0,0
I0,1
O2,1
4. DIAGRAMA DE CONEXIONES
6
5
4
3
2
1
0 0
1
2
3
4
5
6
PLC
7
7
S2Q
S1Q
K1M
F1F
INPUT OUTPUT

21
1.6 RESUMEN
• Las partes de un PLC son: fuente de alimentación, unidad de
procesamiento central, módulos o interfases de entrada y salida, unidad de
programación y módulo de memoria.
• La fuente de alimentación es aquella que proporciona de energía a
todas las partes del PLC para su funcionamiento.
• La CPU es la que se encarga de gobernar todo el funcionamiento del PLC,
según el programa de aplicación que el usuario ingrese.
• Los módulos de entrada y salida son las tarjetas electrónicas que
establecen el vínculo entre la CPU y los dispositivos de campo del sistema.
• La unidad de programación permite ingresar los programas y realizar
diagnóstico de fallas.
• Los módulos de memoria guardan los programas sin necesidad de
energía permanente, realizan un trabajo semejante a los diskettes.
• Una memoria interna (bit) es aquella donde se puede almacenar los
resultados intermedios provenientes de las combinaciones de entradas y
salidas.
• La función set/reset es aquella que puede activar una salida en forma
permanente con sólo un pulso en una entrada, y se puede desactivar
dicha salida con otro pulso en otra entrada de desactivación.

22
1.7 PREGUNTAS DE AUTOCOMPROBACIÓN
1. ¿Cuáles son los elementos que se consideran dispositivos de campo del
sistema:
• Contactor.
• Temporizador.
• CPU.
• Interruptor pulsador.
• Módulos de entrada y salida.
Respuestas:………………………………………………………………
2. ¿A qué parte del PLC se le considera como un medio de comunicación entre
el hombre y la máquina?
Respuesta:………………………………………………………………
3. ¿A qué tipo de memoria se le considera memoria volátil y de fácil
modificación?
Respuesta:………………………………………………………………
4. ¿Qué tipo de módulo de salida puede trabajar con señales AC y DC?
Respuesta:…….……………..……………………………………………
1.8 RESPUESTAS A LAS PREGUNTAS DE AUTOCOMPROBACIÓN
1. Contactor e interruptor pulsador.
2. A la unidad de programación.
3. A la memoria RAM.
4. Módulo de salida discreta tipo relé.

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