En una planta de proceso, el control de encendido / apagado se realiza a través del PLC o DCS .
La siguiente figura es una descripción general de un circuito discreto / digital (encendido / apagado), que muestra todo el proceso desde la fuente de alimentación a través del sensor y hasta el PLC.
En la figura anterior, un interruptor de nivel está montado en un recipiente. El interruptor es monitoreado por un módulo de entrada digital PLC . El circuito se alimenta a través de un disyuntor (CB2) en un panel de alimentación de instrumentos.
La alimentación de energía principal se lleva a un panel de clasificación, donde la energía se divide, alimentando múltiples circuitos con fusibles. El fusible 03FU es el fusible de desconexión principal, mientras que los fusibles restantes son fusibles de distribución. El fusible 06FU alimenta nuestro circuito.
El alambre caliente (eléctricamente vivo) 06A se pasa a la caja de conexiones de campo (FJB) como un solo alambre en un cable multiconductor. Este cable, a veces llamado homerun o cable principal, se rompe en la caja de conexiones de campo (FJB), donde, en este ejemplo, dos cables de par trenzado sin blindaje se alimentan al dispositivo final, LSH-47.
Esto deja un conductor de repuesto. El cable caliente 06A golpea el terminal + del contacto de forma A y salta al terminal H para encender la electrónica del interruptor de nivel.
El número de cable cambia a través del contacto de relé a 06B. Este cable devuelve la señal al FJB, donde la señal vuelve al gabinete de terminación a través del cable homerun multiconductor.
Allí, la señal y el neutro se emparejan y pasan al módulo PLC. Tenga en cuenta que el cable neutro de retorno, etiquetado 02N (ya que es el cable de retorno para CB2), está dividido en el PLC y el interruptor de nivel.
NOTA: Siempre es recomendable utilizar cables de par trenzado cuando se conecta a un sistema PLC. Los cables de par trenzado exhiben una excelente inmunidad al ruido, lo que es particularmente útil cuando se conecta a cargas de alta impedancia, como las que se encuentran en los módulos de E / S PLC / DCS.
Una carga de alta impedancia puede ser particularmente sensible al ruido, ya que la corriente auxiliar es muy baja y la cantidad de trabajo real que se realiza es mínima.
Eso es en pocas palabras. El siguiente es un comentario sobre problemas de conectividad relacionados con el cableado de señales PLC / DCS.
a. Sinking and Sourcing
Los términos Sinking y Sourcing se utilizan para describir la forma en que un componente particular del circuito se relaciona con el flujo de energía. Estos términos en realidad provienen de la lógica de transistores.
Se puede pensar en un transistor como un simple interruptor para esta discusión (vea la figura).
DC (+) is DC Positive Terminal, DCC is DC common
Este tipo de transistor requiere una pequeña resistencia en su colector (el lado superior) para limitar la corriente .
En el ejemplo del Caso 1,
la resistencia está en su lugar, con la carga mostrada en serie con el emisor del transistor. Cuando el transistor conduce, la corriente fluye a través de la resistencia, el transistor y luego a través de la carga.
Este circuito no se usó mucho porque la corriente se divide a través del circuito interno, dejando menos energía disponible para impulsar la carga y aumentar las temperaturas en el módulo de E / S.
Caso 2
Esto proporciona un circuito de abastecimiento más típico, donde la salida del PLC , al apagarse, cambia la corriente de carga completa para impulsar la carga. Cuando la salida se enciende, el transistor conduce, lo que hace que la mayor parte de la corriente se desvíe a través de él, privando de energía a la carga y, por lo tanto, desenergizándola.
La desventaja de esta configuración es que seguirá habiendo una pequeña corriente de fuga a través de la carga, ya que una cierta cantidad de corriente continuará dirigiéndose a través de la carga, aunque no lo suficiente, por lo general, para hacer que la carga permanezca energizada. Sin embargo, al solucionar problemas, se detectará un pequeño voltaje a través de una carga desenergizada.
En el ejemplo del Caso 3,
la carga es la resistencia del colector. Cuando el transistor conduce, la carga se energiza. Desde el punto de vista de la electrónica de la placa, esta es una mejor configuración porque la carga disipa la mayor parte del calor.
La desventaja de esta configuración es que “cambiar el neutro” es contrario a la intuición y puede ser inseguro, ya que el voltaje total está presente en los terminales positivo y negativo de la carga cuando se desenergiza.
Por estas razones, el Caso 2 ha evolucionado para convertirse en la configuración de salida más común. Este concepto de sumidero / abastecimiento se puede extender a cualquier circuito.
B. Protección de circuito
La mayoría de los módulos de E / S tienen fusibles internos. Sin embargo, eso no significa mucho para el usuario. Si bien el fusible interno limita el daño al módulo en sí, en la mayoría de los casos el módulo aún debe enviarse a la fábrica para su reparación. Entonces, el resultado final es el mismo para el usuario: un módulo roto.
Como resultado, es una buena práctica agregar fusibles externos a cada punto de E / S, con un valor nominal justo por debajo del valor nominal del fusible en la placa de circuito del módulo. Si bien esto limita el tamaño de la carga que puede ser impulsada directamente por el módulo, el fusible interno y el módulo están protegidos.
Precaución: Si las salidas discretas con fusibles internos están integradas en cadenas de enclavamiento o si están en circuitos que dependen de contactos normalmente cerrados para iniciar acciones de seguridad, entonces se debe usar otro tipo de módulo que no esté fusionado.
O podrían desplegarse relés interpuestos . Es posible que el punto de E / S funcione normalmente (por ejemplo, cerrar sus contactos e informar al programa que los ha cerrado) pero aún así no pasar energía debido a un fusible interno fundido.
C. Circuitos de entrada digital (DI)
Los módulos de entrada digital (DI) escanean continuamente sus puntos de entrada para detectar la presencia o ausencia de voltaje. Si hay voltaje, se escribe un 1 en una ubicación de memoria. Si no hay voltaje, se escribe un 0 allí.
El tipo y la magnitud de voltaje requeridos son dos de los factores que distinguen a un módulo DI de otro.
La mayoría de los puntos DI tienen alta impedancia, lo que minimiza la cantidad de corriente absorbida y, por lo tanto, tienen un efecto relativamente menor en el sistema de distribución de energía.
Cada punto de entrada digital se puede considerar como una lámpara, encendida o apagada. Los módulos DI pueden aislarse eléctricamente punto a punto, o pueden agruparse mediante el bus interno del común de E / S.
Actualmente, la mayoría de los módulos están agrupados, ya que la agrupación permite una mayor densidad. Como hemos visto, las densidades de puntos de hasta 32 puntos por módulo son comunes en la configuración agrupada.
La siguiente figura muestra dos módulos DI diferentes. El primer módulo transporta internamente el lado CC (+) del circuito. El punto de E / S luego pasa energía al dispositivo de campo.
Este tipo de módulo se denomina módulo de abastecimiento. Esta configuración es inusual. Normalmente, no se realiza el cambio del lado común en el campo.
Si el módulo transporta internamente el lado común de CC del circuito, entonces el módulo se considera un módulo sink.
El punto de E / S completa la ruta al común de CC. Esta configuración se utiliza en la gran mayoría de los casos porque permite que cada punto de E / S se fusione individualmente cerca de la fuente de alimentación antes de que la alimentación se distribuya al dispositivo de campo.
En cualquier caso, la corriente fluye en la misma dirección a través del interruptor montado en campo.
D. Circuitos de salida digital (DO)
Los contactos de relé se consideran dispositivos de salida porque obligan a otros dispositivos a reaccionar cuando cambian de estado. Las salidas digitales del PLC se pueden considerar como contactos de relé.
En muchos casos, eso es exactamente lo que son. En otros, el elemento de conmutación puede ser un dispositivo de estado sólido de algún tipo. Incluso en ese caso, la analogía del relé funciona siempre que el diseñador recuerde considerar la corriente de fuga.
Los módulos DO encienden y apagan el voltaje para hacer que un dispositivo externo cambie de estado. Estos módulos están "aislados" o "no aislados". Si un módulo no está aislado, entonces se está hundiendo o se está abasteciendo.
1. Circuitos DO aislados
Un circuito de DO aislado es aquel en el que la fuente de alimentación se puede aislar entre los puntos de E / S. La fuente no tiene bus interno. El costo es de dos terminales por punto, por lo que es caro.
Hay tres fuentes de energía mojada, con los puntos 1, 2, 4, 5 y 6 aislados del punto 3 y los puntos 7 y 8.
En este ejemplo, la CA se alimenta al punto 3, mientras que las señales de CC se encuentran en los puntos restantes. Hacer esto demuestra las posibilidades. En la práctica, es una buena idea separar las señales de CA y CC si es posible.
2. Circuitos DO no aislados
Al igual que con el módulo DI PLC , la densidad de puntos es una característica importante de los módulos DO. Como se puede ver en el módulo aislado de la Figura, el aislamiento tiene un precio.
Un módulo de 16 terminales tiene una densidad de puntos de solo ocho, ya que se necesitan dos terminales por punto. Al transportar internamente un común, la densidad de puntos se puede mejorar drásticamente.
Sin embargo, el resultado es un módulo no aislado que pone límites al diseñador. Se deben administrar las fuentes de energía. En la mayoría de los casos, esto no es un problema, ya que es factible extender la potencia de E / S del PLC al dispositivo de campo.
Sin embargo, si un dispositivo de campo debe generar su propia señal, entonces se debe agregar un relé de interposición al circuito para proporcionar aislamiento.
La figura anterior muestra dos módulos de salida digital diferentes. El primero transporta internamente el lado DC (+) del circuito. El punto de E / S luego proporciona una ruta a la energía, lo que lo convierte en un módulo de abastecimiento.
Si el módulo conecta el lado común de CC del circuito, como se muestra en la Figura anterior, Ejemplo 1, entonces el módulo se considera un módulo sumidero. El punto de E / S completa el camino hacia el común.
Este tipo de módulo rara vez se utiliza hoy en día debido a la conmutación del lado común. El ejemplo 2 es mucho más común, ya que coloca la acción de conmutación por delante de la carga en términos de flujo de corriente.
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