Fuentes de Alimentacion de Los PLCs

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

ARQUITECTURA DE LOS PLCs PLCs O AUTÓMATAS PROGRAMABLES Los PLCs cambiaron la forma de automatizar los procesos industriales gracias a su simplicidad y a sus poderosas funciones. En este capítulo conoceremos su funcionamiento, arquitectura y principales aplicaciones en el campo industrial. Un PLC o Autómata programable, es un dispositivo programable diseñado para el control de señales eléctricas asociadas al control automático de procesos industriales. Es un elemento utilizado ampliamente en empresas de manufactura, plantas de ensamble de vehículos, plantas productoras de químicos, refinerías de petróleo, elaboración de semiconductores y otras innumerables aplicaciones, en las cuales se requieran operaciones que puedan ser efectuadas directamente por dispositivos automáticos.

Figura 1

Un PLC posee las herramientas necesarias, tanto de software como de hardware, para controlar dispositivos externos, recibir señales de sensores y tomar decisiones de acuerdo a un programa que el usuario elabore según el esquema del proceso a controlar. Lo anterior significa que, además de los componentes físicos requeridos para la adaptación de las señales, es necesario disponer de un programa para que el PLC pueda saber qué es lo que tiene para hacer con cada una de ellas.

Figura 2

Las entradas pueden recibir señales de tipo digital, por ejemplo interruptores, o de tipo analógico, como sensores de temperatura. Estas señales son transformadas internamente en señales compatibles con los microprocesadores y demás circuitos integrados de procesamiento interno. De igual manera, después que se ha hecho el procesamiento de las señales y se han tomado decisiones, el PLC altera sus salidas, inicialmente con señales de formato digital y posteriormente a otro formato de acuerdo a los actuadores que se vayan a utilizar, ya sean digitales o analógicos.

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FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA Todo PLC está compuesto de tres componentes principales: 1. Una Unidad Central de Procesamiento (CPU) 2. Un grupo de entradas (I) 3. Un grupo de salidas (O)

Figura 3

ARQUITECTURA INTERNA DE UN PLC Los autómatas programables están compuestos de muchos bloques internos, dependiendo especialmente de la configuración del mismo. Sin embargo, todos se ajustan a ciertos elementos básicos, como son:      

Fuente de alimentación Unidad central de proceso (CPU) Memoria ROM Memoria de datos RAM Memoria de programa (ROM, EEPROM o FLASH) Interfaces de Entrada y Salida

Figura 4

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FUENTE DE PODER Es la encargada de suministrar el voltaje a todos los módulos que se conecten al PLC, así como a la unidad de procesamiento. Su función es reducir y adaptar el voltaje de entrada, que es de valores elevados y de corriente alterna, a voltajes de valores más bajos y de corriente directa.

Figura 5

La función de la fuente de alimentación en un controlador, es suministrar la energía ala CPU y demás tarjetas según la configuración del PLC.   

+ 5 V para alimentar a todas las tarjetas + 5.2 V para alimentar al programador + 24 V para los canales de lazo de corriente 20 mA.

Inicialmente, el voltaje de entrada debe ser reducido a valores más manejables. Luego, por medio de un rectificador, debe ser convertido de CA a CD. Por último, se deben utilizar reguladores para asegurar la estabilidad en el voltaje de salida.

Figura 6

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FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA En algunos casos, la fuente puede ser de tipo conmutada, cuyas principales características son un peso reducido y una alta corriente de salida. El bajo peso se debe a que no utiliza transformadores voluminosos. Debido a la importancia de un PLC dentro de un proceso automático, la alimentación de su circuitería es de suma importancia, por lo que un buen diseño debe involucrar una fuente alterna que permita entrar en funcionamiento cuando se cae el fluido eléctrico. Con esto, aseguramos que los dispositivos electrónicos internos no sufran fallas por picos de sobrevoltaje y otros efectos contraproducentes existentes en la red de distribución. Otra opción es mantener la fuente de los PLCs conectada a una UPS ( Uninterruptible Power Supply ) o fuente ininterrumpida de potencia, la cual suministra el voltaje adecuado, por un tiempo determinado, cuando falla el fluido eléctrico. Esto ayuda a que el PLC no tenga tantos ciclos de apagado brusco, los cuales pueden ser muy perjudiciales. En el momento de adquirir un PLC, entre los parámetros a tener en cuenta debemos incluir algunos que hacen mención a la fuente de poder. Los más importantes son los siguientes, los cuales se deben ajustar de acuerdo a las necesidades del proceso y del PLC como tal: Voltaje de entrada

Oscila entre 100 VAC a 240 VAC

Voltaje de salida

Puede estar entre 12 VDC y 24 VDC

Corriente de salida

Generalmente entre 1 y 3 amperios

Frecuencia de operación

50 Hz ó 60 Hz

Protecciones

Sobrecorrientes y sobrevoltajes

En la mayoría de los PLCs, la fuente de alimentación está incluida dentro del mismo compartimiento donde se encuentra la CPU. En otros casos, la fuente es configurable, permitiendo adaptar los voltajes y las capacidades de corriente, de acuerdo a la necesidad de la aplicación. Durante el proceso de programación de los PLCs, cuando se hace a través de un dispositivo programador manual, figura 7, el voltaje de alimentación es suministrado por la misma fuente del PLC, lo que implica que debe tener la capacidad de soportar elementos de conexión externa. Inclusive, en muchos autómatas de alta gama, la fuente de poder suele tener corriente suficiente para alimentar algunos sensores externos, claro está, de bajo consumo. La capacidad máxima de corriente de la salida de voltaje aparece impresa en los bornes de conexión del módulo.

Figura 7

Bloque de terminales de una fuente de PLC. Los autómatas están provistos de una serie de bornes de conexión que sirven para la instalación del cableado necesario para el buen funcionamiento del sistema. Aunque los nombres de los terminales y las funciones provistas difieren de un modelo a otro, en la figura 8 podemos apreciar un bloque correspondiente a un PLC típico. A continuación describimos la función de algunos de sus terminales de conexión.

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Figura 8

1. Alimentación general : Son los terminales en los cuales se conecta el voltaje de la red.

2.

3.

4.

5.

En el caso de alimentación con corriente alterna de una sola fase, se debe diferenciar la línea viva (fase) de la línea muerta (neutro). Adicionalmente, existe un terminal de conexión a tierra física, que debe ser conectada a la tierra general de la edificación donde se va a instalar el PLC, pudiéndose usar la misma tierra del sistema de computadoras del edificio. Si el PLC se alimenta con voltaje DC, los terminales de alimentación están marcados con la polaridad respectiva, es decir, positivo (+) y negativo (-). Tierra lógica. Es un terminal que pone a disposición el punto común de conexión del sistema lógico de entradas y salidas. Sirve para ahorrar cableado ya que por lo general todos los sensores usan una misma línea común. Arranque remoto. Son dos terminales que al unirlos provocan el arranque del PLC. Su función es permitir que a través de un relevo, un pulsador, un interruptor u otro dispositivo similar distante del PLC, se ejecute el programa del mismo, tal como si el selector se posicionara en RUN o START. Selección del voltaje de alimentación . Puede ser un interruptor, un puente o un selector, encargado de permitir la selección del voltaje de alimentación. Puede diferir de una región a otra, siendo los más comunes 110 VAC y 220 VAC. Suministro externo de DC . En muchos casos, los PLCs están provistos de una salida de voltaje DC para la alimentación de dispositivos externos tales como sensores, unidades de comunicaciones, etc. Esta salida tiene un límite de corriente, que no se debe exceder ya que se podrían deteriorar los circuitos internos de la fuente. Esta opción es de gran utilidad, ya que seguramente en muchas aplicaciones no será necesario adquirir una fuente de alimentación adicional.

Batería de respaldo. Los autómatas programables incluyen una batería de respaldo para alimentar la memoria del programa cuando éste sea desconectado de la alimentación de red. También puede ser utilizada para el almacenamiento de algún tipo de configuración del mismo, en caso de que ésta sea guardada en memoria volátil.

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Figura 10

Dichas baterías son recargables y la operación de carga es efectuada por el mismo equipo en forma automática. El tiempo total de duración oscila entre 2 y 10 años, tiempo después del cual deben ser reemplazadas para que el autómata tenga un funcionamiento adecuado. Para el reemplazo, se deben tener en cuenta su tamaño físico, el voltaje nominal y su capacidad en mA/h (miliamperios hora), parámetros que deben ser iguales a los de la batería original.

Nota importante: Cuando se vaya a reemplazar la batería de un PLC, asegúrese de tener una copia de toda la información que éste contiene (programa, configuración), ya que tal operación puede ocasionar la pérdida total de los datos.

CATALOGOS DE ALGUNAS FUENTES DE ALIMENTACIÓN PARA PLCs Fuentes de alimentación eléctrica PLC-5® Las fuentes de alimentación eléctrica PLC-5® Boletín 1771 proporcionan 5 VCC para alimentar a controladores o adaptadores de comunicación instalados y módulos de E/S en un chasis 1771. Están disponibles fuentes de alimentación eléctrica basadas en chasis y autónoma. Admiten un rango de voltajes de entrada de CA y CC.

Características 

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Las fuentes de alimentación eléctrica basadas en chasis o autónomas proporcionan alimentación eléctrica de 5 VCC al sistema PLC-5® Admite voltajes de entrada de CA y CC

Productos Fuentes de alimentación eléctrica basadas en chasis 1771    

No requieren espacio fuera del chasis de E/S Proporcionan alimentación eléctrica de 5 VCC al chasis: hasta 8 amperes por fuente Se pueden conectar en paralelo para proporcionar hasta 16 A de corriente por chasis Las configuraciones redundantes proporcionan alimentación eléctrica a prueba de fallo de hasta 20 amperes por chasis

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FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA Fuentes de alimentación eléctrica autónomas 1771 

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Se montan al lado del chasis de E/S con el fin de dejar más ranuras disponibles para otros módulos Proporcionan alimentación eléctrica de 5 VCC al chasis: hasta 16 amperes por fuente Varios rangos de corriente de salida para satisfacer distintas necesidades de fuentes de alimentación eléctrica. La fuente de alimentación eléctrica 1771-PS7 también proporciona alimentación eléctrica para usuarios de 5 VCC, ±15 VCC y 24 VCC

Fuentes de alimentación conmutadas y con sincronización en el primario Las fuentes de alimentación de la serie ConnectPower se pueden utilizar de forma universal gracias al amplio rango de entrada de 85 V AC hasta 265 V AC y 340 hasta.575V AC. Se ofrecen como fuentes de alimentación con potencia hasta 500 W en 1 fase y hasta 1000 en 3 fases. Los equipos se encuentran protegidos contra interferencias (conforme a DIN EN 55022 clase B) y cumplen los requisitos para la baja tensión de seguridad SELV. Las fuentes de alimentación sincronizadas en el primario disponen en la salida de una regulación de protección contra cortocircuito. Las fuentes de alimentación se pueden utilizar tanto en la industria como también en la automatización de edificios. Existen homologaciones nacionales e internacionales.

Connect Power PROeco monofásico ¿Está buscando una fuente de alimentación fiable con funciones principales? Con PROeco, podemos ofrecerle fuentes de alimentación conmutadas y económicas con una elevada eficiencia y funciones de sistema. Let's connect. Las fuentes de alimentación conmutadas con valores de rendimiento por encima de la media pueden ofrecer una ventaja competitiva genuina, sobre todo en la producción en serie de máquinas. La serie PROeco de bajo coste ofrece las mismas funciones principales y proporciona un rendimiento y flexibilidad elevados. Nuestras fuentes de alimentación conmutadas PROeco cuentan con un diseño compacto, una alta eficiencia y son muy fáciles de utilizar. Gracias a la protección frente a temperatura, la resistencia frente a sobrecorriente y a cortocircuitos, pueden utilizarse de forma universal en todas las aplicaciones. Las funciones de seguridad de amplia gama y la

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posibilidad de combinación con nuestros módulos de capacidad y diodos, así como con componentes USV para la configuración de una fuente de alimentación redundante, caracterizan las soluciones PROeco.

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Connect Power PRO-M con amplia capacidad de entrada PRO-M = Power-Reliable-Optimized La fuente de alimentación más adecuada y fiable en la técnica de automatización. Las resistentes, aunque muy estrechas, carcasas de metal de las 10 diferentes versiones para la alimentación de 24 V DC se pueden instalar sin tener que dejar una distancia a los lados, ahorrando así espacio en el carril. Sus entradas AC y DC de gran capacidad, así como su amplia gama de temperaturas, permiten su aplicación universal. Además, gracias a su elevado grado de efectividad, a su resistencia a las sobrecargas y a sus altas reservas de potencia, PRO-M constituye una fuente de alimentación fiable y adecuada para todas las aplicaciones. Los módulos de fuente de alimentación trifásica PRO-M funcionan de manera fiable incluso en el caso de que falle una de las fases, momento en el que pasan a funcionar en modo bifásico. Connect Power INSTA Fuentes de alimentación conmutadas monofásicas en cajas de instalación para clases de potencia 24 W y 48 W. Las fuentes de alimentación INSTA pueden emplearse universalmente, gracias al amplio rango de entrada, de 85 V AC a 265 V AC. Para la salida lateral existe la opción de disponer de tensiones entre 5 V y 48 V.

Connect Power PRO-E En el caso de las aplicaciones del campo de la automatización industrial, se valoran las fuentes de alimentación con elevados niveles de estabilidad y flexibilidad. Nuevas nuevas fuentes de alimentación PRO-E de montaje en pared ofrecen una excelente relación precio/ rendimiento y se han diseñado para un uso universal. Gracias a la gran variedad de modelos con tensiones de salida de 5 V, 12 V, 24 V y 48 V, así como numerosas homologaciones internacionales, es adecuado pasa su uso en una gran cantidad de aplicaciones. El rendimiento del ancho de banda varía entre los 25 y los 350 W. Su capacidad de adaptación individual convierte a la PRO-E en la fuente de alimentación ideal.

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Connect Power monofásica ECOLINE Fuentes de alimentación conmutadas monofásicas en cajas compactas de metal para montaje sobre carril en las clases de potencia 70...1000 W. Las fuentes de alimentación ECOLINE pueden emplearse universalmente, gracias al amplio rango de entrada , de 85 V AC a 265 V AC. Un contacto de relé sin potencial en el circuito de salida indica un funcionamiento con cortocircuito o con sobretensión.

Connect Power WAVESERIES Las fuentes de alimentación de la serie ConnectPower se pueden utilizar de forma universal gracias al amplio rango de entrada de 85 V AC hasta 265 V AC y 340..575V AC. Se ofrecen como fuentes de alimentación con potencia hasta 500 W en 1 fase y hasta 1000 en 3 fases. Los equipos se encuentran protegidos contra interferencias (conforme a DIN EN 55022 clase B) y cumplen los requisitos para la baja tensión de seguridad SELV. Las fuentes de alimentación sincronizadas en el primario disponen en la salida de una regulación de protección contra cortocircuito. Las fuentes de alimentación se pueden utilizar tanto en la industria como también en la automatización de edificios. Existen homologaciones nacionales e internacionales.

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