Cómo funciona un PLC por dentro

Las partes principales

Por fuera, un PLC puede ser una sola caja o varios módulos montados en un riel. Por dentro, todos siguen el mismo esquema:

Comunicaciones: PC, HMI, red

Sensores y botones

Módulo de entradas

CPU

Memoria de programaMemoria de datos

Módulo de salidas

Actuadores

Fuente de poder

Fuente de poder

Convierte la alimentación de la red (por ejemplo, 220 VAC) en la tensión continua que necesitan la CPU y los módulos, normalmente 24 VDC. En algunos equipos viene integrada; en otros es un módulo separado o una fuente externa montada en el mismo tablero.

CPU

Es el procesador del PLC. Ejecuta el programa, administra la memoria, atiende las comunicaciones y vigila su propio funcionamiento. En su frente suele tener indicadores de estado como RUN (ejecutando), STOP (detenido) y ERROR, y a veces un selector físico de modo.

Memoria

Se divide, a grandes rasgos, en dos zonas:

• Memoria de programa: guarda las instrucciones que escribiste. No se borra al cortar la energía.
• Memoria de datos: guarda el estado de las entradas y salidas, las marcas internas, los temporizadores, los contadores y otras variables. Una parte puede configurarse como remanente (conserva su valor al perder la energía) y el resto vuelve a cero al reiniciar.

Profundizaremos en esto en el tema de memoria y direccionamiento.

Módulos de entradas y salidas

Son la interfaz entre el mundo eléctrico del tablero y el mundo digital de la CPU. Adaptan las señales (por ejemplo, de 24 VDC a niveles lógicos) y las aíslan eléctricamente, normalmente con optoacopladores, para que un pico de tensión en terreno no dañe la CPU. Cada canal suele tener un LED que muestra su estado: es la primera herramienta de diagnóstico de un técnico.

Comunicaciones

Todo PLC tiene al menos un puerto para conectarse al computador de programación. La mayoría suma puertos de red para comunicarse con pantallas HMI, otros PLC, variadores o sistemas de supervisión.

El ciclo de scan

Un PLC no ejecuta su programa una sola vez: lo ejecuta en un bucle infinito. Cada vuelta del bucle se llama ciclo de scan (o simplemente scan) y tiene cuatro fases:

1. Leer entradas: copia el estado de todas las entradas físicas en una zona de memoria llamada imagen de proceso de entradas.
2. Ejecutar el programa: recorre el programa de arriba hacia abajo usando esa imagen y deja los resultados en la imagen de proceso de salidas.
3. Escribir salidas: copia la imagen de salidas a las salidas físicas.
4. Diagnóstico y comunicación: atiende comunicaciones, revisa su estado y vuelve a empezar.

Pruébalo tú mismo: pausa el diagrama, acciona el interruptor en distintas fases y observa cuándo el cambio llega realmente a la salida.

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Leer entradas

El PLC copia el estado de todas las entradas físicas en la imagen de entradas. Desde aquí hasta el próximo ciclo, el programa trabaja con esa copia.

1. Entrada física
2. Imagen de entradasI0.0 0
3. ProgramaQ0.0 := I0.0
4. Imagen de salidasQ0.0 0
5. Salida física

ReproducirSiguiente fase

Cambia el interruptor en cualquier momento: el PLC solo lo notará en la próxima fase «Leer entradas».

¿Para qué sirve la imagen de proceso?

Copiar las entradas al inicio tiene una ventaja muy importante: durante todo el ciclo, el programa ve las entradas congeladas. Si un sensor cambia justo mientras el programa se ejecuta, el cambio no afecta a la mitad del programa sí y a la otra mitad no. Todo el programa trabaja con la misma “fotografía”.

Tiempo de ciclo

El tiempo que tarda una vuelta completa se llama tiempo de ciclo. Depende de la CPU y del tamaño del programa, y suele ir desde menos de un milisegundo hasta algunas decenas de milisegundos. Para una máquina con botones, sensores y motores, eso es prácticamente instantáneo.

La CPU vigila este tiempo con un watchdog (perro guardián). Si un ciclo tarda más que el máximo configurado —por ejemplo, porque el programa quedó atrapado en un bucle—, el PLC se detiene y pasa a STOP en vez de seguir controlando la máquina con información vieja.

El orden importa

Como el programa se ejecuta de arriba hacia abajo, el orden de las instrucciones cambia el resultado. Un caso clásico: si dos peldaños distintos escriben la misma salida, la que queda al final del ciclo es la del último peldaño.

Peldaño 1:   I0.0 ──┤ ├─────────( Q0.0 )
Peldaño 2:   I0.1 ──┤ ├─────────( Q0.0 )   ← este decide el valor final de Q0.0

Modos de operación

• RUN: el PLC ejecuta el ciclo de scan y controla las salidas.
• STOP: el programa no se ejecuta y las salidas pasan a un estado seguro, normalmente apagadas (en muchos equipos este estado se puede configurar).

Muchos PLC permiten además monitorear en línea: ver desde el computador, en tiempo real, qué contactos están cerrados y qué valores tienen los temporizadores. Algunos también aceptan cambios del programa sin detener la máquina, algo que se usa con mucho cuidado.

Qué ocurre al energizar el PLC

Al encender, la CPU realiza un autodiagnóstico, verifica los módulos conectados, restaura las variables remanentes y pone en cero el resto. Si el selector está en RUN, comienza el primer ciclo de scan. Muchos PLC ofrecen además un bit o bloque especial que solo está activo en ese primer ciclo, útil para inicializar valores.

Probar en el simuladorAbre un ejemplo precargado y experimenta tú mismo.

Resumen

• Un PLC tiene fuente de poder, CPU, memoria, módulos de E/S y puertos de comunicación.
• Funciona en un bucle: leer entradas → ejecutar programa → escribir salidas → diagnóstico.
• La imagen de proceso congela las entradas durante el ciclo; por eso el orden de las instrucciones importa.
• Un watchdog detiene el PLC si un ciclo tarda demasiado.