EL PLC: DIAGRAMAS DE ESCALERA ( III )

Si pudimos encontrar el equivalente de las tres funciones lógicas básicas dentro de los diagramas de escalera, si hemos podido construír el equivalente de sistemas con memoria mediante los diagramas de escalera, ¿acaso no será posible construír también el equivalente de otros componentes y bloques lógicos en los diagramas de escalera? Tomemos por ejemplo el flip-flop R-S, el cual se puede construír utilizando ya sea bloques NAND o bloques NOR. Los bloques NOR y los bloques NAND se obtienen con las tres funciones lógicas básicas, mismas funciones que también existen en los diagramas de escalera. Y la función de retroalimentación empleada para construír un flip-flop R-S también puede ser implementada en los diagramas de escalera. Esto nos debe convencer de que, en principio, debemos poder construír algo equivalente en funciones al flip-flop R-S dentro de los diagramas de escalera. Esta sospecha nos conduce a un circuito que podemos considerar como una solución al siguiente:

PROBLEMA: Diseñar el equivalente de un flip-flop R-S usando un diagrama lógico de escalera.Un esquema funcional representativo de lo que andamos buscando es el siguiente:

Si el interruptor normalmente abierto X1 es cerrado así sea momentáneamente, al energizarse el relevador de control CR1 éste relevador por el efecto de la retroalimentación del mismo peldaño que lo alimenta se enciende y se queda encendido, lo cual hace que la salida Y1 en el tercer peldaño se "encienda". Al quedarse encendido CR1 después de haberse oprimido X1, el interruptor normalmente cerrado CR1 que está puesto en el segundo peldaño se abre, cortando así cualquier suministro de corriente que pudiera estarse dando a través de la retroalimentación en dicho peldaño al relevador de control CR2. En otras palabras, esto "limpia" la "memoria" que pudiera haber habido en el segundo peldaño, "apagando" al relevador CR2, lo cual hace que la salida Y2 del cuarto peldaño se "apague" si es que estaba encendida. En este estado de cosas, el relevador CR1 permanece encendido aún con el interruptor X1 abierto, mientras que el relevador de control CR2 permanece apagado, lo cual podemos confirmar visualmente al ver al foco Y1 encendido y al foco Y2 apagado.Ahora cerraremos el interruptor X2 momentáneamente. Al energizarse el relevador de control CR2 éste relevador por el efecto de la retroalimentación en el mismo peldaño (el segundo peldaño de la escalera) que lo alimenta se enciende y se queda encendido, lo cual hace que la salida Y2 en el cuarto peldaño se "encienda". Al quedarse encendido CR2 después de haberse oprimido X2, el interruptor normalmente cerrado CR2 que está puesto en el primer peldaño se abre, cortando así cualquier suministro de corriente que pudiera estarse dando a través de la retroalimentación en dicho peldaño al relevador de control CR1. En otras palabras, esto "limpia" la "memoria" que pudiera haber habido en el primer peldaño, "apagando" al relevador CR1, lo cual hace que la salida Y1 del tercer peldaño se "apague" si es que estaba encendida. En este estado de cosas, el relevador CR2 permanece encendido aún con el interruptor X2 abierto, mientras que el relevador de control CR1 permanece apagado, lo cual podemos confirmar visualmente al ver al foco Y2 encendido y al foco Y1 apagado. La configuración representada por este diagrama de escalera ha pasado de un estado estable con Y1 encendido al oprimirse X1 a otro estado estable con Y2 encendido al oprimirse X2. Esta configuración tiene dos estados estables y por lo tanto es un multivibrador biestable. Si hacemos ahora un ligero cambio de nombres bautizando al interruptor X1 como S, al interruptor X2 como R, a la salida Y1 como Q y a la salida Y2 como Q, resultará obvio que lo que tenemos en nuestras manos es el equivalente funcional de un flip-flop R-S; en este caso el equivalente de un flip-flop construído con bloques NOR.El que hayamos podido crear dentro de los diagramas de escalera no sólo un equivalente completo de los circuitos lógicos que hemos estudiado previamente sino también el equivalente de bloques de memoria convirtiendo en realidad un flip-flop R-S completamente funcional nos debe meditar en que la mayor parte de lo que hemos estudiado se puede trasladar directamente hacia los diagramas de escalera. Y en efecto, no hay obstáculo teórico alguno para poder hacerlo. Esto lo podemos enunciar de modo categórico con el siguiente enunciado:Todos los circuitos lógicos, tanto aquellos que forman parte de la lógica combinatoria como los que forman parte de la lógica secuencial (construída a base de flip-flops) tienen una implementación equivalente en los diagramas de escalera.Este enunciado tiene un alcance amplio; nos está asegurando que podemos construír mediante diagramas de escalera flip-flops D, flip-flops J-K, contadores binarios, etc. Pero aquí el lector puede ser asaltado por una duda. Si recordamos la acción de contadores secuenciales elementales como el contador binario de conteo ascendente, tenemos un elemento que hasta ahora no hemos encontrado en los diagramas de escalera: el elemento tiempo. Con lo que hemos visto, no se ve una manera obvia de poder suministrar el equivalente de los "pulsos de reloj" a los elementos en un diagrama de escalera que les permita poder comportarse como verdaderos circuitos secuenciales. Los diagramas de escalera que hemos estudiado son en cierta forma configuraciones estáticas en las cuales lo que ocurre en un peldaño puede influír directamente sobre lo que ocurre en otros peldaños, pero estos efectos son inmediatos, el factor tiempo no interviene en ellos. Si queremos extender los diagramas de escalera para cubrir también todos los circuitos secuenciales que hemos estudiado en esta obra, necesitamos introducir algún relevador de control en el cual la acción de un tiempo predeterminado tenga un efecto directo, y esto es precisamente lo que haremos a continuación.Sin lugar a dudas, el empleo de relevadores electromecánicos nos suministra con una herramienta poderosa para muchas aplicaciones de control. Pero existe otro tipo de relevador que nos permite hacer realidad operaciones cronometrizadas, el relevador de retardo de tiempo (time delay relay). En este tipo de relevador, al aplicarle un voltaje a su entrada (a su bobina), la acción en sus salidas no ocurre de inmediato, sino que hay un retardo de tiempo tras el cual obtenemos la acción deseada con las salidas normalmente abiertas convirtiéndose en salidas normalmente cerradas y las salidas normalmente cerradas convirtiéndose en salidas normalmente abiertas. En muchos relevadores de tiempo de uso pesado, este retardo de tiempo puede ser seleccionado con una perilla puesta en el mismo relevador, como ocurre con el siguiente relevador de retardo de tiempo de la emprea Potter & Brumfield cuya bobina es activada con 24 volts de corriente directa:

Naturalmente, también hay relevadores de retardo de tiempo activados con la aplicación de corriente alterna, como el siguiente relevador fabricado por la misma empresa Potter & Brumfield:
La perilla puesta en la parte superior de este relevador nos permite variar el retardo de tiempo desde 1 segundo hasta 10 segundos. Las puntas de los contactos en la parte inferior del relevador están puestas en orden octal (ocho terminales) con la entrada a la bobina aplicada en las terminales 2 y 7. Al serle aplicado un voltaje de 120 VAC a este relevador, el contacto normalmente abierto entre las terminales 1 y 3 se vuelve un contacto normalmente cerrado, ocurriendo lo mismo con el contacto normalmente abierto entre las terminales 6 y 8, mientras que el contacto normalmente cerrado entre las terminales 1 y 4 se abre, ocurriendo lo mismo con el contacto normalmente cerrado entre las terminales 5 y 8. Todo esto después de que ha transcurrido el tiempo seleccionado con la perilla. Podemos leer en el mismo relevador que los contactos pueden manejar una corriente de hasta 10 amperes.El relevador de retardo de tiempo que se acaba de describir es el de uso más generalizado, pero no es el único posible. Los contactos de un relevador de tiempo tienen que ser clasificados no sólo por ser normalmente abiertos o normalmente cerrados, sino también según la acción del retardo, ya sea que este retardo ocurra en el sentido de la cerradura del contacto o en el sentido de la apertura del mismo.Desafortunadamente, la simbología para representar los relevadores de retardo de tiempo es amplia y variada, e inclusive mucha de la simbología que hemos visto aquí para representar las entradas, las salidas y los relevadores de control también suele ser diferente de un fabricante a otro. Empezaremos dando aquí la representación de la acción de un relevador de tiempo con un símbolo usado ampliamente aunque no de manera universal:
Obsérvese que seguimos manteniéndonos en la convención de representar tanto la entrada de un relevador (su bobina) como los contactos activados a la salida del mismo con un mismo identificador alfanumérico, en este caso TD1.En el primer peldaño de la escalera, al cerrarse el interruptor X1 manteniéndose cerrado, la bobina del relevador de tiempo TD1 es energizada. Obsérvese que en el segundo peldaño estamos utilizando uno de los interruptores normalmente cerrados del relevador de tiempo TD1.El símbolo del interruptor X1 también aparece en el segundo peldaño de esta escalera. Puesto que son peldaños diferentes en los cuales aparece el interruptor X1, se sobreentiende que en este caso estamos utilizando un interruptor de dos tiros, un interruptor doble con ambos polos normalmente encendidos o normalmente apagados a la vez:

De este modo, al cerrarse X1 suministrándose energía al relevador de tiempo TD1, en el segundo peldaño existe un camino de conducción eléctrica para suministrar energía al "foco" de salida. Si el relevador TD1 fuera un relevador de control ordinario sin acción alguna de retardo de tiempo, entonces el interruptor TD1 en el segundo peldaño se abriría inmediatamente y el foco a la salida se apagaría de inmediato; esto es, nunca lo veríamos encenderse. Pero como se trata de un relevador de retardo de tiempo, la salida normalmente cerrada no se abrirá sino hasta después de que haya transcurrido cierta cantidad de tiempo, digamos un segundo. Una vez que ha transcurrido ese segundo, el contacto normalmente cerrado TD1 en el segundo peldaño se abrirá, cortando el suministro de energía a la salida, aunque el interruptor X1 permanezca cerrado. Esta acción la hemos representado en los diagramas de tiempo puestos debajo del diagrama de escalera, diagramas de tiempo en los que dicho sea de paso nos hemos abstenido de hacer referencia a un "1" lógico o a un "0" lógico como niveles de voltaje en virtud de que la acción lógica que está siendo representada es una de interruptores normalmente cerrados o normalmente abiertos que permiten o impiden el suministro de corriente a la carga de salida.El relevador de retardo de tiempo, por la forma en la que trabaja, en realidad no es más que otra forma de implementación de un componente que ya habíamos visto en uno de los capítulos de la obra principal: el multivibrador monoestable. Y de hecho, con dos relevadores de retardo de tiempo (uno para controlar la duración del tiempo de encendido y el otro para controlar la duración del tiempo de apagado) podemos construír fácilmente un multivibrador astable, cambiando de un estado a otro en forma alternada mientras esté recibiendo un suministro de corriente; y si los tiempos de encendido y apagado son iguales entonces tenemos algo que nos puede proporcionar "pulsos de reloj" como los que utilizamos en los circuitos lógicos secuenciales para hacer pasar el sistema de un estado a otro. Sin embargo, dado el costo de los relevadores de tiempo, implementar este nivel de sofisticación puede resultar mucho más costoso que introducir tales efectos con la ayuda de alguna microcomputadora dedicada a este tipo de aplicaciones como lo veremos posteriormente.