PROBLEMA: Construír, sobre un diagrama de escalera, el equivalente funcional de un flip-flop J-K tal que los cambios de estado ocurran durante la transición positiva de los "pulsos de reloj".Un equivalente funcional del flip-flop J-K construído con relevadores electromecánicos tiene la siguiente representación en un diagrama de escalera:
Este flip-flop J-K, como puede apreciarse analizando el diagrama de escalera, es un flip accionado con las transiciones positivas de los "pulsos de reloj", lo cual en este caso equivale a la cerradura del contacto normalmente abierto C. En este diagrama tenemos los contactos equivalentes a las terminales J y K así como las salidas Q y Q del flip-flop. Este flip-flop J-K electromecánico actúa de la siguiente manera: Cuando las "entradas" J y K son iguales a un "1" lógico, lo cual en este caso requiere que los contactos normalmente abiertos sean cerrados, el flip-flop cambiará de estado con cada transición positiva en la entrada C, o sea cada vez que el contacto normalmente abierto C sea cerrado. Si la entrada J es igual a un "1" lógico y la entrada K es igual a un "0" lógico, el flip-flop entrará en el estado Q=1 (Q=0) cuando el contacto normalmente abierto C sea cerrado, independientemente del estado anterior que el flip-flop haya tenido. Si la entrada J es igual a un "0" lógico y la entrada K es igual a un "1" lógico, el flip-flop entrará en el estado Q=0 (Q=1) cuando el contacto normalmente abierto C sea cerrado, independientemente del estado anterior que el flip-flop haya tenido. Y si ambas entradas J y K están puestas a un "0" lógico, el estado del flip-flop no cambiará ante las transiciones que ocurran en la entrada C.Recordemos de la sección de problemas resueltos del texto principal cómo del flip-flop J-K podemos derivar los demás flip-flops restantes, tanto el flip-flop T como el flip-flop D. Esto sigue siendo igualmente válido e igualmente fácil de lograr sobre un diagrama de escalera usando relevadores electromecánicos:
PROBLEMA: Construír, sobre un diagrama de escalera, el equivalente funcional de un flip-flop T tal que sus cambios de estado ocurran durante la transición positiva de los "pulsos de reloj".Recuérdese que el flip-flop T es un flip-flop sin terminales de entrada J-K, el cual simplemente cambia de estado con cada transición positiva (o negativa, según sea el caso) en su única terminal de entrada. Esto lo podemos lograr sobre el diagrama anterior substituyendo en dicho diagrama los contactos normalmente abiertos J y K por una conexión "directa" que garantizará el equivalente permanente de un "1" lógico puesto todo el tiempo sobre dichas terminales, con lo cual tendremos un flip-flop de una sola entrada que cambiará de estado cada vez que el contacto normalmente cerrado C se cierre. El diagrama de escalera para este flip-flop J-K será entonces:
Puesto que todas las funciones lógicas combinatorias y secuenciales se pueden implementar mediante relevadores electromecánicos, y puesto que las computadoras de uso actual están construídas con semiconductores que implementan funciones lógicas combinatorias y secuenciales, esto podría hacer suponer que, en principio, podemos construír una computadora de principio a fin utilizando relevadores electromecánicos. Esto fue precisamente lo que se hizo cuando se construyó en los Estados Unidos la computadora Harvard Mark I y en Alemania cuando se construyó la computadora
Z3:http://en.wikipedia.org/wiki/Harvard_Mark_Ihttp://en.wikipedia.org/wiki/Z3_(computer)
Sin embargo, aún para nuestros tiempos, una computadora construída con relevadores electromecánicos sigue teniendo un costo mucho mayor que una computadora construída con semiconductores, además de ser muchísimo más lenta que su contraparte construída con millones de transistores puestos en un solo "chip" semiconductor.La desventaja de relevadores de retardo de tiempo como los que se han señalado aquí como ejemplos es que los rangos de tiempo que pueden ser seleccionados son sumamente limitados, y una vez que han sido seleccionados solo pueden ser alterados manualmente cada vez que ello sea necesario, lo cual es contrario al espíritu de la automatización. Esta desventaja puede ser superada construyendo relevadores de retardo de tiempo que puedan ser programables a través de una circuito controlador, lo cual nos lleva a la necesidad del diseño de controladores programables.La idea esencial para construír un controlador programable consiste en construír primero un módulo que contenga no uno sino varios relevadores, y el cual en su parte frontal quizá tendrá un aspecto como el siguiente:
Obsérvese que del lado izquierdo tenemos una hilera de tornillos identificados con los símbolos X propios de las entradas representadas en un diagrama de escalera, mientras que del lado derecho tenemos una hilera de tornillos identificados con los símbolos Y propios de las salidas de un diagrama de escalera, siguiendo la práctica de que en los diagramas de escalera las entradas son representadas del lado derecho y las salidas del lado izquierdo. Como el PLC al igual que cualquier otro aparato eléctrico también requiere energía para poder funcionar, este PLC recibe su energía mediante los tornillos L1 y L2 conectados a los rieles de la escalera. Las entradas al PLC serán tomadas del mundo exterior a través de interruptores o sensores y los cables de señal serán fijados en el PLC precisamente con los tornillos. Lo mismo ocurre con las salidas. El uso de tornillos para el fijamiento de cables y alambres es una cuestión de comodidad y conveniencia para los técnicos que habrán de darle mantenimiento a este tipo de aparatos, ya que la alternativa de soldar requiere herramientas que van más allá del uso de un simple desarmador.A continuación, suponiendo que los rieles de la escalera están siendo alimentados con un voltaje de 120 volts AC, podemos ver cómo la entrada X1 a nuestro PLC es energizada al cerrarse el contacto que corresponde a dicha entrada (el multímetro nos confirma la presencia del voltaje de 120 VAC entre la terminal de entrada X1 y la terminal común identificada como Common):
El uso de una terminal común Common nos ayuda a reducir la cantidad de alambrado requerida. Sin la terminal común, se requerirían varios pares de cables para proporcionarle energía a cada una de las entradas X del PLC. Usando un cable común de "retorno de corriente" para todos los casos, la cantidad de alambrado se reduce a la mitad. Podemos ver en la representación de nuestro PLC que a un lado de cada tornillo que corresponde a cada terminal de entrada hay un foquito LED que se enciende confirmándole al técnico la activación de dicha entrada.Ahora tenemos a nuestro PLC energizando la salida Y1 al ser activada dicha salida (el multímetro nos confirma la presencia del voltaje de 120 VAC que está recibiendo la carga):
Posiblemente el lector ya se estará preguntando cuál es la función del conector pequeño que aparece en la parte inferior del PLC identificado como Programming Port.En tiempos de antaño, antes de que hicieran su aparición los transistores, los circuitos integrados y los microprocesadores, la "programación" por así llamarla se llevaba a cabo manualmente, implementándose todo con relevadores electromecánicos ordinarios y con relevadores de retardo de tiempo, con todas las desventajas operacionales que ello implicaba aunque con la relativa simpleza del mantenimiento de equipos de control automático construído con tales controladores. El PLC que hemos descrito, trabajando prácticamente por sí solo, aún se encuentra en numerosas aplicaciones "viejitas". Pero la revolución tecnológica que estamos viviendo está haciendo posible algo que en otros tiempos hubiera sido impensable: conectar el PLC directamente a una computadora personal PC dejándole a la computadora muchas de las labores de "inteligencia". Esto en otros tiempos hubiera estado fuera de cualquier presupuesto porque mientras que un controlador básico podía tener un costo de algunos cientos de dólares, las computadoras que había tenían un costo de varios millones de dólares. Hoy que la brecha se ha cerrado, la conexión de un PLC a una computadora de escritorio (o inclusive a una computadora portátil de bolsillo) se lleva a cabo precisamente mediante un conector en el PLC identificado con algún nombre como puerto de programación, el cual todavía hasta hace poco era conectado a una computadora a través de un cable bajo el protocolo RS-232 pero más recientemente se está conectando a través de un cable bajo el protocolo USB.La ventaja inmediata de poder conectar un PLC a una computadora es que en la misma computadora se puede echar a andar algún programa que no sólo muestre el diagrama de escalera que está siendo implementado, sino que inclusive a través del mismo teclado se pueden modificar muchos de los parámetros en el diagrama de escalera sin necesidad de tener que meter la mano dentro del PLC. Todo se lleva a cabo hoy en día directamente desde la computadora.A continuación tenemos un esquema que ilustra la idea básica de lo que acabamos de describir:
El recuadro de color ciano representa el monitor de una computadora. El interruptor conectado a la entrada X1 del PLC es representado con el mismo símbolo en el monitor de la computadora en un diagrama de escalera, mientras que el foco conectado a la salida Y1 del PLC es representado también como Y1. Cuando se cierra el interruptor X1 y se energiza la carga Y1, ambas acciones aparecen actualizadas de inmediato en el monitor de la computadora en donde tanto el símbolo para X1 como el símbolo para Y1 se tiñen de color rojo (por su parte, en la misma carátula del PLC se encienden los foquitos LED situados a un lado de los tornillos correspondientes al alambre de entrada a X1 y al alambre de salida a Y1 confirmándole al técnico que esas conexiones al PLC han sido activadas):
Si queremos convertir la entrada X1 en un interruptor normalmente cerrado en vez del interruptor normalmente abierto que tenemos aquí, ya no es necesario "salir afuera" con un desarmador en la mano. Con unas modificaciones a través del teclado de la computadora podemos hacer el cambio como el que vemos en el siguiente dibujo:
Esta figura parece igual a la figura anterior. Sin embargo, si observamos con cuidado, veremos que en el monitor de la computadora X1 ya no aparece en el diagrama de escalera como un interruptor normalmente abierto sino como un interruptor normalmente cerrado. En el circuito físico, podemos ver que el interruptor no ha sido "cerrado" y por lo tanto el foquito LED en el PLC está apagado. Pero como X1 ha sido "convertido" por acción de programación en la computadora en un interruptor normalmente cerrado, el hecho de que esté abierto implica que estará suministrando energía para activar la salida Y1 como nos lo confirman tanto el foquito LED en el PLC como el monitor de la computadora. Del mismo modo, si queremos variar un retardo de tiempo en la acción de alguna de las salidas, ya no tenemos que salir para andar moviendo perillas, lo podemos hacer también desde el teclado de la computadora, pudiendo variar el retardo de tiempo en cualquier salida desde microsegundos o milisegundos hasta varias horas o días, con una precisión cronométrica que los hoy ya prácticamente obsoletos relevadores de retardo de tiempo no podían proporcionar.
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