Entradas y Salidas de un PLC

ENTRADAS Y SALIDAS

Cantidad de E/S:
Una de las clasificaciones más comunes de los PLC hace referencia en forma directa a la cantidad de entradas y salidas (E/S o I/O) de un PLC y nos dice que un PLC es considerado micro PLC cuando tienen menos de 64 E/S, pequeños cuando tienen menos de 256 E/S, medianos cuando tienen menos de 1024 E/S y grandes cuando tienen más de 1024 E/S.

Dispositivos de entrada:
Los dispositivos de entrada y salida son aquellos equipos que intercambian (o envían)  señales con el PLC.
Cada dispositivo de entrada es utilizado para conocer una condición particular de su  entorno, como temperatura, presión, posición, entre otras.
Entre estos dispositivos podemos encontrar:

• Sensores inductivos magnéticos, ópticos, pulsadores, termocuplas, termoresistencias, encoders, etc.

 

Dispositivos de salida:
Los dispositivos de salida son aquellos que responden a las señales que reciben del
PLC, cambiando o modificando su entorno.
Entre los dispositivos típicos de salida podemos hallar:

• Contactores de motor
• Electroválvulas
• Indicadores luminosos o simples relés

Generalmente los dispositivos de entrada, los de salida y el microprocesador trabajan en diferentes niveles de tensión y corriente. En este caso las señales que entran y salen del PLC deben ser acondicionadas a las tensiones y corrientes que maneja el microprocesador, para que éste las pueda reconocer. Ésta es la tarea de las interfases o módulos de entrada o salida.
Las entradas se pueden clasificar en:

Entradas Digitales: también llamadas binarias u “on-off”, son las que pueden tomar sólo dos estados: encendido o apagado, estado lógico 1 ó 0.
Los módulos de entradas digitales trabajan con señales de tensión. Cuando por un borne de entrada llega tensión, se interpreta como “1” y cuando llega cero tensión se interpreta como “0”. Existen módulos o interfases de entradas de corriente continua para tensiones de 5, 12, 24 ó 48 Vcc y otros para tensión de110 ó 220 Vca.

Los PLC modernos tienen módulos de entrada que permiten conectar dispositivos con salida PNP o NPN en forma indistinta. La diferencia entre dispositivos con salida PNP o NPN es como la carga (en este caso la carga es la entrada del PLC) está conectada con respecto al neutro o al positivo.

 

Recuerde que…
Las señales digitales en contraste con las señales analógicas no varían en forma continua,  sino que cambian en pasos o en incrementos discretos en su rango. La mayoría de las señales digitales utilizan códigos binarios o de dos estados.
Las entradas discretas, tanto las de la corriente continua como las de la corriente alterna,
están compuestas por una estructura típica que se puede separar en varios bloques:

• Rectificador: en el caso de una entrada de corriente alterna, convierte la señal en continua. En el caso de una señal de corriente continua, impide daños por inversión de polaridad.
•  Acondicionador de señal: elimina los ruidos eléctricos, detecta los niveles de señal para los cuales conmuta el estado lógico, y lleva la tensión al nivel manejado por la CPU.
• Indicador de estado: en la mayoría de los PLC existe un indicador luminoso por cada entrada. Este indicador (casi siempre un LED) se encenderá con la presencia de tensión en la entrada y se apagará en caso contrario.
• Aislación: en la mayoría de los PLC las entradas se encuentran aisladas para que, en caso de sobretensiones externas, el daño causado no afecte más que a esa entrada, sin perjudicar el resto del PLC.
• Circuito lógico de entrada: es el encargado de informar a la CPU el estado de la entrada cuando éste lo interrogue.

Cuando la señal llega hasta los bornes del PLC tiene que atravesar todos estos bloques.
Recorrer este camino le lleva un tiempo que es llamado: tiempo de respuesta de la entrada.
Un aspecto a analizar es el mínimo tiempo de permanencia o ausencia de una señal  requerido para que el PLC la interprete como 0 ó 1. Si una variable de proceso pasa al estado lógico 1, y retorna al estado 0 en un tiempo inferior al tiempo de respuesta de la entrada, es posible que le PLC no llegue a leerla.

Entradas Analógicas: estos módulos o interfases admiten como señal de entrada
valores de tensión o corriente intermedios dentro de un rango, que puede ser de 4-
20 mA, 0-5 VDC o 0-10 VDC, convirtiéndola en un número. Este número es guardado
en una posición de la memoria del PLC.
Los módulos de entradas analógicas son los encargados de traducir una señal de
tensión o corriente proveniente de un sensor de temperatura, velocidad, aceleración,
presión, posición, o cualquier otra magnitud física que se quiera medir en un número
para que el PLC la pueda interpretar. En particular es el conversor analógico digital
(A/D) el encargado de realizar esta tarea.
Una entrada analógica con un conversor A/D de 8 bits podrá dividir el rango de la
señal de entrada en 256 valores (28).

Recuerde que…
Una señal es analógica cuando las magnitudes de la misma se representan mediante
variables continuas, análogas (relación de semejanza entre cosas distintas) a las
magnitudes que dan lugar a la generación de esta señal.

 

SALIDAS DEL PLC

• Circuitos lógicos de salida: es el receptor de la información enviada por la CPU.
• Aislación: cumple la misma función que en las interfases de entrada.
• Indicador de estado: también tiene la misma función que en la entrada.
• Circuitos de conexión: esta compuesto por el elemento de salida al campo que maneja la carga conectada por el usuario. Existen tres tipos de circuitos de conexión que se describirán más adelante.
• Protección: son internas al PLC y pueden ser fusibles en serie con los contactos de salida, alguna protección electrónica por sobrecarga, o algún circuito RC. Recordar que en caso de que más de una salida use un solo borne de referencia, es éste el que lleva asociada la protección. Por lo cual si esta protección actúa dejarán de funcionar todas las salidas asociadas a ese borne común.

Tiempo de respuesta de la salida: al igual que en las entradas, se denomina tiempo
de respuesta de la salida al tiempo que tarda una señal para pasar por todos los
bloques. Existen cuatro posibilidades para el circuito de conexión de una salida:

Salida a relé:
Es una de las más usuales. Con ellos es posible conectar tanto cargas de corriente alterna como continua. Suelen soportar hasta 2A de corriente. Una buena práctica en la instalación es verificar que la corriente máxima que consume la carga esté dentro de las especificaciones de la salida del PLC.
Los tiempos de conmutación de estos tipos de salidas llegan a los 10 mseg. tanto para la conexión como para la desconexión. Algunas cargas son muy problemáticas, por ejemplo las cargas inductivas, que tienen la tendencia a devolver corriente al circuito cuando son conectadas. Siendo la corriente estimada en unas 30 veces a la corriente de consumo nominal. Esto genera picos de voltaje que pueden dañar la salida a la que esta conectada la carga. Para minimizar estos riesgos se utilizan comúnmente diodos, varistores u otros circuitos de protección.

Los relés son internos al PLC. El circuito típico es el que se muestra en la figura de arriba. Cuando el programa active una salida, el PLC aplicará internamente tensión a la bobina del relé. Esta tensión hará que se cierren los contactos de dicho relé. En ese momento una corriente externa pasará a través de esos contactos y así se alimentará la carga. Cuando el programa desactiva una salida, el PLC desactiva la bobina abriendo así los contactos.

Salidas a transistor:
Sólo son capaces de operar con corriente continua, de baja potencia (hasta 0,5 A)
Pero tienen tiempos de conmutación que rondan el milisegundo y una vida útil mucho
mayor que la de los relés. En este tipo de salida el transistor es el encargado de
conectar la carga externa cuando el programa lo indique.

Salidas por triac:
Manejan corrientes alternas. Al igual que los transistores, por ser semiconductores tienen
una vida útil mucho mayor que la del relé, que es un elemento electromecánico.

Salidas analógicas:
Los módulos de salida analógica permiten que el valor de una variable numérica interna
del autómata se convierta en tensión o corriente.

Internamente en el PLC se realiza una conversión digital analógica (D/A), puesto que el autómata sólo trabaja con señales digitales. Esta conversión se realiza con una precisión
o resolución determinada (número de bits) y en un intervalo determinado de tiempo (período muestreo).
Esta tensión o intensidad puede servir de referencia de mando para actuadores que admitan mando analógico, como pueden ser las válvulas proporcionales, los variadores de velocidad, las etapas de los tiristores de los hornos, los reguladores de temperatura, etc. Permitiendo al autómata realizar funciones de regulación y control de procesos continuos.

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