Entradas y salidas

Qué son las entradas y salidas

• Una entrada lleva información desde terreno hacia el PLC: un botón presionado, un sensor que detecta una pieza, la temperatura de un horno.
• Una salida lleva una orden desde el PLC hacia terreno: encender un motor, abrir una válvula, prender una baliza.

Cada entrada y salida tiene una dirección que la identifica en el programa. En esta plataforma usamos por defecto un estilo genérico: I0.0 es la primera entrada digital y Q0.0 la primera salida digital. Cada marca nombra sus direcciones a su manera; lo veremos en el tema de memoria y direccionamiento.

Digitales y analógicas

Señales digitales

Tienen solo dos estados: 0 o 1, apagado o encendido. Son las más comunes: botones, selectores, finales de carrera, sensores de proximidad, contactos auxiliares.

La tensión más usada es 24 VDC, aunque también existen entradas de 110 o 220 VAC. El módulo decide qué es un 0 y qué es un 1 según umbrales definidos en la norma IEC 61131-2. Por ejemplo, en una entrada típica de 24 VDC se considera 1 a partir de unos 15 V (11 V en las entradas de tipo 3) y 0 por debajo de 5 V. Entre ambos valores el estado no está garantizado, así que un cable con mala conexión puede dar lecturas erráticas.

Señales analógicas

Representan un valor continuo: nivel, presión, temperatura, velocidad. Las más comunes son:

• Tensión: 0–10 V (también ±10 V).
• Corriente: 4–20 mA (también 0–20 mA).
• Sensores de temperatura conectados directamente a módulos especiales (RTD como Pt100, o termocuplas).

El módulo analógico convierte la señal en un número entero mediante un conversor analógico-digital. El programa luego lo escala a unidades de ingeniería: por ejemplo, de 0–27648 a 0–100 % de nivel. El rango del número depende del módulo y del fabricante.

¿Por qué 4–20 mA y no 0–20 mA?

La señal de corriente de 4–20 mA es el estándar de la instrumentación industrial por tres razones:

1. La corriente no se pierde en el cable: en un lazo en serie, la corriente es la misma en todo el circuito, aunque el cable mida cientos de metros.
2. Es más inmune al ruido eléctrico que una señal de tensión.
3. Tiene un “cero vivo”: el 0 % del rango son 4 mA, no 0 mA. Si el PLC mide 0 mA, sabe que algo está mal: un cable cortado o un instrumento sin energía. Según la recomendación NAMUR NE 43, valores por debajo de 3,6 mA o por encima de 21 mA indican falla.

Mueve el nivel y luego simula un cable cortado. Compara lo que ve el PLC con cada tipo de señal:

Nivel del estanque: 60%

Señal 4–20 mA

13.6 mA

Señal válida

Señal 0–10 V

6.0 V

Señal válida

Simular cable cortado

Sensores PNP y NPN

Los sensores de proximidad inductivos, capacitivos y fotoeléctricos suelen ser de tres hilos: dos para su alimentación y uno para la señal. Según la norma IEC 60947-5-2, los colores son:

• Café (BN): +24 V
• Azul (BU): 0 V
• Negro (BK): salida o señal

La salida del sensor es un transistor, y aquí aparece la diferencia clave:

• Un sensor PNP conecta el cable de señal a +24 V cuando detecta. Entrega corriente (sourcing).
• Un sensor NPN conecta el cable de señal a 0 V cuando detecta. Absorbe corriente (sinking).

Sink y source: cómo cablear el común

Para que circule corriente, la entrada del PLC tiene que “cerrar el circuito” por el otro lado. Eso lo define el común (COM) del grupo de entradas:

Sensor	La señal va a…	Común del módulo	Tipo de entrada
PNP	+24 V	0 V	Sink (sumidero)
NPN	0 V	+24 V	Source (fuente)

Cambia el tipo de sensor, pon un objeto frente a él y sigue el recorrido de la corriente:

Tipo de sensor

pnpnpn

Objeto frente al sensor

Tipos de salidas digitales

Las salidas digitales se fabrican con tres tecnologías distintas, y elegir la correcta evita muchos problemas:

Tipo	Tipo de carga	Velocidad de conmutación	Vida útil	Cuándo usarla
Relé	AC o DC	Lenta (milisegundos)	Limitada por el desgaste de los contactos	Cargas variadas, aislamiento, pocas conmutaciones
Transistor	Solo DC	Muy rápida	Muy larga (sin partes móviles)	Conmutación frecuente, pulsos, cargas de 24 VDC
Triac	Solo AC	Rápida	Larga	Cargas de AC que conmutan con frecuencia

Al igual que los sensores, las salidas a transistor pueden ser de tipo source (entregan +24 V) o sink (conectan a 0 V).

Además, cada salida tiene una corriente máxima por punto y por grupo. Las cargas grandes, como un motor, nunca se conectan directo: se manejan a través de un contactor o un relé de interfaz.

Actuadores típicos

• Contactores: el PLC energiza la bobina y el contactor conmuta la potencia del motor.
• Válvulas solenoides: controlan el aire o aceite de cilindros neumáticos e hidráulicos.
• Pilotos y balizas: indican estados y alarmas.
• Variadores de frecuencia: controlan la velocidad de un motor. El PLC les da la orden de marcha (digital), la velocidad (analógica) o ambas por una red de comunicación.
• Relés de interfaz: adaptan una salida del PLC a otra tensión o a una carga mayor.

Botones normalmente abiertos y normalmente cerrados

• Un contacto normalmente abierto (NA) se cierra al presionar el botón. Se usa para marcha.
• Un contacto normalmente cerrado (NC) se abre al presionar el botón. Se usa para paro.

¿Por qué el paro se cablea NC?

Por seguridad ante fallas. Imagina que el cable del botón de paro se corta:

• Si el paro fuera NA, la máquina seguiría funcionando y ya no se podría detener con ese botón. Nadie lo notaría hasta necesitarlo.
• Con el paro NC, el cable cortado se ve igual que un botón presionado: la entrada cae a 0 y la máquina se detiene. La falla se hace evidente de inmediato.

Esto tiene una consecuencia en el programa que confunde a muchos principiantes. Con un botón de paro NC, la entrada está en 1 cuando nadie lo toca, así que en Ladder se examina con un contacto NA: el contacto conduce mientras la entrada está en 1 y se abre cuando alguien presiona el botón o se corta el cable.

Botón físico	Entrada en reposo	Entrada al presionar	Contacto en el programa
Marcha (NA)	0	1	NA ┤ ├
Paro (NC)	1	0	NA ┤ ├

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

Resumen

• Las señales digitales tienen dos estados; las analógicas representan un valor continuo.
• 4–20 mA es el estándar de la instrumentación porque resiste el ruido y permite detectar un cable cortado.
• Un sensor PNP entrega +24 V y necesita el común a 0 V; un NPN entrega 0 V y necesita el común a +24 V.
• Salidas a relé para cargas variadas, a transistor para DC rápida, a triac para AC.
• El paro se cablea NC para que un cable cortado detenga la máquina.