Introducción
En la automatización industrial, las señales analógicas en PLC juegan un papel fundamental para representar variables de proceso como temperatura, presión, caudal o nivel. A diferencia de las señales digitales, que solo indican estados lógicos (0 o 1), las señales analógicas permiten capturar la variabilidad continua de un proceso.
Para los programadores de controladores lógicos programables (PLC), comprender y aplicar buenas prácticas en el manejo de entradas analógicas en PLC es crucial para garantizar lecturas confiables, minimizar errores y mejorar el rendimiento de la planta.
En esta entrada revisaremos las consideraciones clave al trabajar con señales analógicas en automatización, acompañadas de recomendaciones prácticas que facilitan su implementación en proyectos reales.
Consideraciones Clave para Programadores de PLC
1. Rango de señal: punto de partida fundamental
Toda señal analógica debe definirse dentro de un rango estándar, comúnmente 4–20 mA o 0–10 V.
- El rango 4–20 mA es preferido en la industria porque permite detectar fallos (por ejemplo, un lazo abierto genera 0 mA).
- El rango 0–10 V es más económico, pero más sensible al ruido eléctrico y a las caídas de tensión en el cableado.
Recomendación: siempre verifica que el rango configurado en el PLC coincida con el rango del transmisor. Un error en este ajuste genera lecturas incorrectas y afecta directamente la lógica de control.
2. Conversión A/D: del mundo físico al digital
El PLC utiliza un convertidor analógico–digital (A/D) para transformar la señal continua en valores digitales.
- Cada módulo analógico tiene una tasa de conversión que define la rapidez con la que se actualiza la señal.
- Una conversión lenta puede introducir retardos en la respuesta del sistema, mientras que una muy rápida puede amplificar el ruido.
Recomendación: ajusta la frecuencia de muestreo según la dinámica del proceso. Por ejemplo, para temperatura (proceso lento) no es necesaria una conversión muy rápida.
3. Resolución: detalle en la medición
La resolución indica cuántos bits usa el PLC para representar la señal digitalizada.
- Un módulo de 12 bits convierte la señal en 4096 pasos (2¹²).
- Uno de 16 bits lo hace en 65,536 pasos, ofreciendo mayor precisión.
Recomendación: selecciona la resolución de acuerdo a la exigencia del proceso. Para control de nivel en tanques grandes, 12 bits pueden ser suficientes; en aplicaciones de laboratorio, lo ideal son 16 bits o más.
4. Escalado de señales: del valor crudo al valor útil
El escalado de señales convierte el valor digital leído por el PLC en la variable real de proceso.
Ejemplo práctico:
Un transmisor de presión 0–10 bar configurado en 4–20 mA entrega 4 mA cuando la presión es 0 bar y 20 mA cuando es 10 bar. Si el PLC convierte esto en un valor digital de 0 a 32,767, es necesario aplicar una fórmula de escalado para obtener el valor en bar.
Recomendación: utiliza funciones de escalado integradas en el PLC (como SCALE o NORM_X) en lugar de programar cálculos manuales. Esto reduce errores y facilita la mantenibilidad del código.
5. Ruido eléctrico y filtrado
El ruido eléctrico en señales analógicas es uno de los principales retos en campo. Puede provenir de variadores de frecuencia, motores eléctricos o cables de potencia cercanos.
Buenas prácticas:
- Usar cables apantallados y separados de líneas de potencia.
- Implementar filtrado digital en el PLC, como promedios móviles o filtros pasa–bajas.
- Considerar módulos con filtros de hardware integrados.
Recomendación: si observas lecturas inestables en la HMI o SCADA, revisa primero el cableado, la puesta a tierra y la correcta activación de filtros.
6. Aislamiento y puesta a tierra
El aislamiento evita que ruidos o diferencias de potencial dañen el PLC o alteren la medición.
- Los módulos analógicos con aislamiento galvánico son preferibles en ambientes industriales exigentes.
- La puesta a tierra debe hacerse en un solo punto de referencia para evitar lazos de tierra.
Recomendación: nunca conectes directamente la pantalla del cable en ambos extremos; hazlo solo en el extremo del armario de control.
7. Diagnóstico y detección de errores
Un aspecto clave en la programación de PLC es prever fallos en las entradas analógicas.
Ejemplos de diagnóstico:
- Valor fuera de rango: cuando la señal cae por debajo de 3.6 mA o supera 21 mA.
- Cable roto: valor leído cercano a 0 mA.
- Cortocircuito: corriente máxima o valor saturado en 10 V.
Recomendación: implementa rutinas de diagnóstico que envíen alarmas al SCADA o HMI cuando se detecten valores anómalos.
Conclusión
El trabajo con señales analógicas en automatización requiere atención a detalles que impactan directamente en la confiabilidad del proceso.
Mejores prácticas para programadores de PLC:
- Define correctamente el rango de señal.
- Ajusta la frecuencia de conversión A/D según la dinámica del proceso.
- Selecciona módulos con la resolución adecuada.
- Aplica un escalado de señales confiable en el programa.
- Minimiza el ruido eléctrico con buen cableado y filtrado.
- Implementa aislamiento y correcta puesta a tierra.
- Incluye diagnóstico de errores para una operación más robusta.
Adoptar estas prácticas asegura lecturas precisas, mayor estabilidad del sistema y una operación confiable en entornos industriales cada vez más exigentes.