Módulos analógicos de un PLC

¿Para qué necesitamos diferentes tipos de módulos?

Hasta el momento hemos realizado unas cuantas aplicaciones que han sido posibles mediante la utilización de módulos de entradas digitales pues sus valores y estados no han ido más allá de necesitar únicamente su activación o, en su defecto, desactivación. Sabemos que existen un sinfín de soluciones para las cuales basta con este tipo de tecnología, sin embargo, esto limitaría muchísimo el alcance de nuestro PLC y es que, soluciones del tipo analógico serían imposibles, a menos que se implemente un convertidor analógico-digital (o ADC) externo, el cuál difícilmente tendría la robustez que puede darnos un controlador lógico.

Fig. 1: Convertidor analógico digital.

Anteriormente revisamos que, en la estructura general de un PLC, una de las partes que tienen más presencia son los módulos de entradas y salidas pero, en ese caso revisamos un controlador integrado, el cual, por diseño del fabricante, es imposible de alterar o escalar en cuanto al tipo de soluciones que puede ofrecer, es aquí donde entran los llamados PLCs modulares, los cuales ofrecen un gran número de posibilidades en cuanto a su constitución y, en consecuencia, a la cantidad de soluciones que podemos desarrollar.

Piénsalo de la siguiente forma, cuando realizamos el llenado automático de un tinaco, ¿qué pasaba si necesitábamos la activación de algún otro elemento al momento de alcanzar cierto nivel como la mitad del tanque, un 75% o un 80%? Para empezar, estamos cegados ante tal información pues, aunque nuestros sensores de nivel puedan otorgarnos dicha información, el PLC no tiene forma de recibir e interpretar los valores.

Fig. 2: Sistema de llenado automático de un tinaco.

Módulos analógicos

Este tipo de módulos usualmente reciben y envían información entre dos rangos estándar que, dependiendo de la electrónica interna que contengan, pueden funcionar de 4 a 20 [mA] o de 0 a 10 [VCD] (sin embargo, no son los únicos estándares que existen pero suelen ser más comunes por su resolución). Esto es importante porque una señal de corriente suele ser menos susceptible al ruido electromagnético que una señal de voltaje, además de que una señal con dicho estándar permite la fácil detección de problemas en nuestro cableado cuando se exceden los valores límites indicados y también que los dispositivos de campo de este tipo no requieren alimentación de energía externa como los dispositivos que manejan señales de voltaje. 

En el caso de las entradas, es posible realizar dos tipos de conexiones, el primero es el modo diferencial donde ambas terminales miden señal y el valor de salida es la diferencia entre éstas, el según modo es el llamado “single ended” donde solo una terminal recibe señal y la otra está conectada a tierra para realizar la comparación. 

Fig. 3: Conexión de transmisores en modo single-ended y en modo diferencial.

Respecto a los fabricantes en el mercado, Rockwell cuenta con la serie 1756-XFXXX para sus ControlLogix, donde las X representan modelos en específicos que puede ser de entrada, salida o ambos, con señal de voltaje, corriente o ambos y por el tipo de protocolo de comunicación que maneja, además del número de canales de los que disponemos para realizar las conexiones con los dispositivos de campo. Por su parte, Siemens maneja la serie 6ES7XXX-XXXXX-0XX0 donde las X representan, de igual forma, las diferencias en los distintos módulos analógicos de su catálogo.

Fig. 4: Módulos analógicos de Rockwell.

Al tener cuando menos un módulo de este tipo en nuestro PLC, se abre una gran cantidad de posibilidades de medición mediante sensores, entre los que destacan: sensores de nivel, de flujo, de distancia, de viscosidad o de temperatura.

Fig. 5: Sensores analógicos.

Escalado de señales

Debido a la lógica interna de los autómatas, se debe realizar un escalamiento de la señal de entrada para facilitar la interpretación de la información por parte de los operarios. Esto es un proceso muy sencillo pues basta con utilizar la ecuación de recta para redimensionar los valores leídos en las terminales de entrada.

Exp. 1: Ecuación de recta.

Un ejemplo sería el siguiente. Supongamos nuevamente nuestro tinaco con llenado automático, se tiene un módulo de entradas con señal de corriente bajo el estándar 4-20 [mA]. La información enviada a nuestro PLC por parte del sensor variará en el rango de 0 a 27648 (valor estandarizado por la resolución de los componentes) y necesitamos que el controlador muestre valores porcentuales, es decir, de 0 a 100%. Realizando un despeje de nuestra ecuación de recta tenemos que, el valor escalado se encuentra de la siguiente forma:

Exp. 2: Despeje del valor escalado.

Sustituyendo con los valores deseados tenemos que:

Exp. 3: Ecuación de recta para el valor escalado.

Implementación en lenguaje ladder

Esta simple expresión nos permitirá interpretar el nivel del tinaco de una forma más amigable y que, a su vez, nos permitirá utilizar otros nuevos elementos en nuestras plataformas de desarrollo como son TIA Portal, KV Studio y, nuestra recurrente, RSLogix 500; donde su implementación requiere de la función “compute” (o CPT) y la asignación de variable del tipo flotante que haga la lectura del sensor y una variable de tipo entero para recibir el resultado de nuestra expresión

Fig. 6: Implementación en Ladder.

Cabe resaltar que al ingresar la expresión, se utiliza el símbolo | en lugar de la típica diagonal / para indicar la división, esto se debe a que Rockwell utiliza la diagonal como delimitador de palabra. 

Conclusiones

Al igual que con cada aplicación y solución a desarrollar, el uso de un módulo analógico depende de la naturaleza de nuestro sistema o proceso y de la información que necesitemos interpretar pues habrá algunos casos en los que sea de vital importancia la presencia de un módulo de entradas analógicas y otros en los que solo necesitemos de un módulo digital para realizar la puesta en marcha de nuestro autómata. 

Cabe mencionar que gracias a la variedad de productos en el mercado y la propiedad modular de algunos controladores, es posible realizar combinaciones entre estos, es decir, podemos tener módulos de entradas analógicas y salidas digitales, entradas digitales y salidas análogas o entradas y salidas analógicas. Esto dependerá de la capacidad del PLC, permitiendo escalar nuestros procesos.

-AHN