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PLC de 5 Entradas y 8 SalidasPLC de 5 Entradas y 8 SalidasConstruya un PLC completo utilizando un Construya un PLC completo utilizando un

microcontrolador PICAXE-18 con microcontrolador PICAXE-18 con excelentes prestacionesexcelentes prestaciones

ARTÍCULO DE TAPA

Los lectores de Saber Electrónica conocen las grandes “ventajas” de los microcontro-ladores PICAXE, entre las que se destacan la fácil programación y el hecho de que noprecisan “quitar” al chip para cambiar su programación. Atentos a estas característi-cas, diseñamos un Controlador Lógico Programable (PLC) de 5 entradas y 8 salidasutilizando un PICAXE-18, que cuenta con optoacopladores para “aislar” las entradasy buffers separadores hechos con amplificadores operacionales para las salidas. Es-te equipo no posee un utilitario propio de programación, lo que lo hace útil para cual-quier aplicación, tanto en la industria como en el taller y el hogar. De hecho, la progra-mación del PLC se efectúa con el Editor de Programación de PICAXE, software gratui-to que puede bajar desde nuestra web. A efectos de brindarle un proyecto de fácilcomprensión, incluimos los circuitos y usos de las placas entrenadores de microcon-troladores PICAXE-08 y PICAXE-18 y una serie de aplicaciones para que “aprenda”mientras construye sus propios circuitos.

Autor: Ing. Ismael Cervantes de Andae-mail: icervantes@saberinternacional.com.mx

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Artículo de Tapa

Placa Entrenadora PICAXE-08

No exageramos demasiado si de-cimos que los microcontroladoresforman parte de nuestra vida, espe-cialmente en lo que hace al “confort”.Hoy en día, es casi imposible pensaren un dispositivo electrónico que nocontenga, al menos, un chip de pro-ceso. Es por eso que describimos unsistema muy fácil de aprender y quepuede programarse en entornos ami-gables. Si desea obtener tutorialessobre este sistema, puede bajarlosde nuestra web: www.webelectroni-ca.com.ar con la clave picaxe.

Para comenzar, antes de descri-bir nuestro PLC, diseñaremos unatarjeta de entrenamiento universalpara programar microcontroladoresPICAXE, y como en todo comienzo

daremos inicio por lo más sencillo ymás pequeño, los microcontrolado-res de 8 terminales denominados PI-CAXE – 08.

En primera instancia recordemoscuál es la configuración de un PICA-XE–08, para en función de ello, to-mar en cuenta de cuántas entradas ycuántas salidas podemos echar ma-no y aprovecharlas al máximo (figura1). Tenemos la oportunidad de dispo-ner de un total de 4 E/S (4 entradas y

4 salidas), pero no nos confundamos,si sumamos el número de salidascon el número de entradas tendre-mos un total de 8 y el PICAXE–08que manejaremos tiene solamente 8terminales.

¿Esto quiere decir que las termi-nales de salida y de entrada ocupantodas las que posee?

La respuesta es “no”, ya que enesas 8 terminales deben estar las 4

Figura 2

Figura 1

entradas, las 4 salidas además de las2 terminales de alimentación y 2 paraprogramarlo. Específicamente paralos PICAXE–08 las terminales 3, 5, 6y 7 cumplen con una doble función,por lo que debemos tener cuidadocuando los programemos, porque porejemplo la terminal 3 puede compor-tarse como una terminal de entrada ouna terminal de salida, todo dependecómo la contemplemos cuando reali-cemos el programa del PICAXE–08.

La tarjeta entrenadora que propo-nemos tiene la posibilidad de explo-tar al máximo las propiedades del PI-CAXE–08, y será por medio de jum-pers como se podrá configurar la cir-cuitería tanto para programar comopara fijar entradas o salidas de datos,en la figura 2 se muestra el circuitoesquemático de la tarjeta entrenado-ra completa.

A continuación describiremos ca-da parte de esta tarjeta entrenadorapara que podamos sacarle el máximoprovecho.

En primer término identificaremosla ubicación de dónde instalar el mi-

crocontrolador PICAXE–08, éste de-be encontrarse en la base identifica-da como IC1, respetando la identifi-cación de las terminales (figura 3).Los conectores identificados comoES1, ES2 y ES4 tienen 3 terminales,de las cuales, la del medio de cadauno de ellos se hace llegar hacia lacorrespondiente terminal del micro-controlador PICAXE, las 2 terminalesrestantes de cada conector (ES1,ES2 y ES4), una va hacia el bloquedestinado para conectar las entradasde datos, y la segunda se dirige haciael bloque de terminales de salida dedatos. Pues bien, para seleccionar sila terminal del microcontrolador seráconfigurada como salida o entrada,será a través de un jumper que de-pendiendo de cómo se conecte, uni-rá la terminal del medio del conectorya sea ES1, ES2 ó ES4, con el blo-que de terminales de entradas o albloque de terminales de salida. Deesta forma quedará configurada lacircuitería del microcontrolador PICA-XE, para que esté listo a recibir elprograma con el cual trabajará el mi-crocontrolador.

El conector identificado comoPROG/SAL0 posee 3 terminales, delas cuales la del medio se hace lle-gar a la terminal 7 del microcontrola-dor PICAXE, esta terminal cumplecon la doble función de programar almicrocontrolador, como de fungir co-mo terminal de salida de datos si asíse requiere, esta selección se lleva acabo mediante la conexión de unjumper hacia la ubicación que se re-quiera.

Cuando se va programar un mi-crocontrolador PICAXE–08, es nece-sario que el jumper esté ubicado ha-cia la posición “Prog” en el conectorPROG/SAL0, porque de otra manerala programación será imposible yaque no se tendrá comunicación entrela PC y el microcontrolador.

Cuando el jumper se encuentraubicado hacia la posición “Sal0” en elmismo conector PROG/SAL0, se ten-drá configurada la terminal del micro-

controlador como salida. La disposi-ción de componentes sobre la placase muestra en la figura 3.

Por lo descrito líneas atrás se de-duce que el procedimiento para ubi-car el jumper del conector PROG-/SAL0 será de acuerdo a lo siguiente:

1º paso.- Ubicar el jumper haciala posición “Prog” en el conectorPROG/SAL0, para programar al mi-crocontrolador PICAXE–08.

2º paso.- Cambiar el jumper haciala posición Sal0 en el conectorPROG/SAL0, si se va a utilizar esaterminal del microcontrolador PICA-XE–08 como salida.

En el conector identificado como“Entradas” se tiene la posibilidad dehacerle llegar al microcontrolador PI-CAXE–08, el estado lógico de 4 dife-rentes entradas digitales, las cualespueden ser insertadas mediante cir-cuitos externos o bien utilizar cual-quiera de los 2 circuitos con push-bo-ton que se tienen en el área de expe-rimentos, estos circuitos se muestranen la figura 4 y lo único que se tieneque hacer es conectar el borne co-rrespondiente ya sea E1 ó E2 a cual-quiera de las terminales de entradaque son Ent1, Ent2, Ent3 ó Ent4 delconector “Entradas”.

En el conector identificado como“Salidas” se encuentra el reflejo delas 4 salidas digitales que posee elmicrocontrolador PICAXE–08, las

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PLC de 5 Entradas y 8 Salidas

Figura 3

Figura 4

cuales pueden hacerse llegar a cir-cuitos externos en donde se refleje laactividad del microcontrolador, o pue-den ser utilizadas los 2 circuitos conleds que se encuentran en el área deexperimentos, estos circuitos semuestran en la figura 5. Para utilizarestos circuitos, lo que tiene que ha-cerse es conectar el borne corres-pondiente, ya sea S1 o S2, a cual-quiera de las terminales de salidaque son Sal0, Sal1, Sal2 ó Sal3 delconector “Salidas”.

El espacio identificado comoPROGRA se encuentra ocupado porun conector de audio estéreo tipo mi-ni Jack, el cual puede tener formasdiferentes. El conector de audio esté-reo tan sólo tiene 3 terminales, mis-mas que serán utilizadas para comu-nicar al microcontrolador con una PCa través del puerto serie, en la figura6 se muestra el diagrama de cómo sedeben identificar las terminales tanto

en la tarjeta de entrenamiento comoen el conector DB9 que se conecta alpuerto serie de una PC.

Las terminales del conector deaudio realizarán las siguientes activi-dades:

La línea identificada con el núme-ro 1 sirve para verificar que el micro-controlador PICAXE se encuentra co-nectado al puerto serie de la PC.

La línea identificada con el núme-ro 2 sirve para programar al micro-controlador PICAXE.

La línea identificada con el núme-ro 3 es la referencia GND o tambiénconocida como tierra eléctrica.

Por último, la tarjeta entrenadoratiene incorporado un regulador devoltaje identificado como IC2 que po-see la matrícula LM7805, y cuya mi-sión es la de mantener un voltaje de5 VCD para energizar al microcontro-lador PICAXE y toda su circuitería,por lo tanto podemos energizar nues-tra tarjeta de entrenamiento con unapila de 9 VCD.

En la figura 7 semuestra la imagendel kit para armar dela tarjeta entrenadorapara PICAXE – 08,que puede conse-guirse en casas deelectrónica de todo elpaís a un costo apro-ximado de $15 (no in-cluye el microcontro-lador). El kit posee unCD con todo lo nece-sario para trabajar

con esta placa entrenadora. El preciodel PICAXE-08 está en el orden delos $15.

Hacer proyectos con esta placaes muy fácil, puede emplear el Editorde Programas, tal como venimos ex-

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Figura 5

Lista de Materiales de laPlaca Entrenadora PICAXE-08

IC1 - Zócalo o base de 8 terminalesIC2 - LM78L05, regulador de 3 ter-minalesD1, D2 - Leds Verdes de 5 mmD3 - Led Rojo de 5 mmS1, S2 - Interruptores Push botonR1, R3, R4 - 10kΩ 1/4 WattR2 - 22kΩ 1/4 WattR5, R6, R7 - 390Ω 1/4 Watt

Varios: Conector mini jack de audio, conec-tor mini plug de audio (no incluídoen el kit), cables de conexión,conector para pila de 9V, placa decircuito impreso, etc.

Figura 6

Figura 7

plicando desde hace varias ediciones(puede ver Saber Electrónica Nº 220,donde explicamos este proceso enel artículo: Central de Alarma Inteli-

gente”.En nuestra web: www.webelectro-

nica.com.ar, haciendo click en el íco-no password, e ingresando la clave

“axe220”, podrá bajar un tutorial deuso de esta placa entrenadora y unoscuantos proyectos para armar. Porejemplo, podemos hacer un multivi-brador de forma que los leds de laplaca enciendam en forma intermi-tente con un tiempo de un segundo.Para corroborar que el proyecto fun-ciona, deberemos unir mediante unjumper los leds con las salidas “0” y“1” del PICAXE, es decir, los termina-les de la placa S1 con “salida 0” y S2con “salida 1”. Posteriormente, losjumpers de la placa deben estar dellado de las salidas (especialmente elcorrespondiente al pin 1, es decir, lapata 6 del picaxe (pin 1) debe estarcon el jumper puesto del lado de “sa-lida”. En la figura 8 podemos apreciarla imagen de la placa con la bateríaconectada y el cable que deberá co-locar en el puerto serial (puerto decomunicaciones) de la computadora.Tenga en cuenta que en el kit no seincluyen los cablecitos (jumpers) pa-ra unir los leds o los pulsadores conlos terminales de entrada y salida dela placa (cuya conexión dependerádel proyecto que arme) y que éstosno se venden en casas de electróni-ca, deberá armarlos Ud. mismo.

Para construir estos jumpers, to-me pedacitos de cable finitos, de losempleados en pares teléfonicos, cór-telos en tramos de unos 10 cm y pe-le ambas puntas en unos 2,5 cmaproximadamente; luego tome un clipde los que se emplean para unir pa-peles y enrolle un terminal del cablealrededor del clip (parte izquierda dela figura 9) para formar una especie

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PLC de 5 Entradas y 8 SalidasFigura 8

Figura 9

Figura 10

de “tubito” de unas 10vueltas, retire el clip ycorte la puntita de mo-do de generar una es-pecie de “capuchón”que servirá para inser-tar en el pin de la placacorrespondiente (partecentral de la figura 9).Repita el procedimien-to con el otro terminaldel cablecito y ya ten-drá su jumper listo paraser usado (parte dere-cha de la figura 9). Ha-ga unos cuantos cable-citos y luego utilice dosde ellos para unir a losleds de la placa con lassalidas “0” y “1”. Posteriormente deberáhacer el programa delmultivibrador con elEditor de Programasque ya está instaladoen su PC (si no sabe

hacer este proceso, descargue laguía con la clave “axe220”) y realiceel diagrama de flujo de la figura 10,luego obtenga el correspondienteprograma en BASIC (figura 11) y des-cargue dicho ejemplo sobre su placaentrenadora (recuerde que el jumperde la pata 7 debe estar del lado “pro-gramación” y que la batería debe es-tar conectada para descargar el pro-grama sobre el chip).

Una vez que descargó el progra-ma, pase el jumper de la pata 7 dellado de “salida0” y verá que los ledsencienden en forma intermitente ca-da un segundo. Puede realizar losproyectos que Ud. quiera.

Placa Entrenadora PICAXE-18

El PICAXE–18 tiene una mayorposibilidad de aplicaciones con res-pecto al PICAXE–08, por la simple

razón física de po-seer más terminales,tanto de entrada co-mo de salida.

Como primer pasorecordaremos cuáles el diagrama delcircuito básico deconexión de este PI-CAXE, para de ahíllegar al diagramaesquemático de lanueva tarjeta entre-nadora. En la figura12, se muestra el cir-cuito básico del cualse tiene que tomaren cuenta el númerototal de entradas ysalidas que pode-mos manipular paraaprovecharlas almáximo.Para el PICAXE–18

se tiene la oportuni-dad de disponer de 8terminales de salida

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Figura 11

Figura 12

Figura 13

y 5 terminales de entrada, de estasúltimas y dependiendo del tipo de mi-crocontrolador PICAXE (PICAXE–18,18A, ó 18X) se pueden colocar hastatres entradas como de entradas ana-lógicas.

La tarjeta entrenadora que sepropone en esta oportunidad tiene laposibilidad de explotar al máximo to-das las propiedades de un PICA-XE–18, en la figura 13 se muestra elcircuito esquemático de la tarjeta en-trenadora completa.

A continuación describiremos ca-da bloque de esta tarjeta entrenado-ra, para que se le pueda sacar el má-ximo provecho.

Como primer paso será identifica-da la ubicación de donde se encuen-tra el microcontrolador PICAXE–18,que justamente debe encontrarse so-bre la base identificada como IC1respetando en todo momento la dis-tribución de las terminales.

Sobre el conector identificado co-mo salidas, se encuentran concentra-das las 8 de que dispone el micro-

controlador PICAXE, las cua-les se encuentran identificadasdesde S0 hasta S7. Este con-junto de salidas pueden em-plearse de manera indistintapara controlar algún elementoexterno, que bien puede ser unactuador (elemento de poten-cia), todo depende de su natu-raleza para en función de ella,conectar en la salida un optoacoplador para encender oapagar un motor de CA porejemplo, lo mismo para encen-der una lámpara incandescen-te o un simple led.El conector denominado entra-das, tiene el reflejo precisa-mente de las terminales de en-trada al microcontrolador PI-CAXE. Las terminales de en-trada se encuentran identifica-das como E0, E1, E2, E6 y E7,de estas últimas dependiendodel tipo de PICAXE (PICA-XE–18, 18A ó 18X), las termi-

nales E0, E1 y E2, pueden compor-tarse como terminales de entradaanalógica, esto es que tienen conver-tidor “analógico – digital”. En las ter-minales de entrada de datos, se tie-nen que conectar aquellos circuitosexternos que generen algún estadológico, que reflejen fielmente el esta-do de la actividad que están leyendolos sensores bajo algún proceso. Es-tos datos de entrada, de manera ge-neral, pueden clasificarse como dis-cretos o analógicos, entendiéndosecomo discretos todas aquellas seña-les que trabajan mediante la lógicabinaria, “0” lógico y “1” lógico, mien-tras que los datos analógicos, sonaquellos como la temperatura queestá variando con el tiempo y quepuede adquirir un número infinito devalores dentro de un intervalo bienestablecido.

Para esta tarjeta controladora nose necesita configurar alguna formaespecial de trabajo sobre su circuite-ría, por lo que sus aplicaciones soninmediatas ya que posee terminales

dedicadas tanto para ingresarle co-mo para extraerle datos, siendo elmicrocontrolador PICAXE el elemen-to indispensable que realiza todas lasacciones de control. Una vez identifi-cadas las terminales de entrada y sa-lida de datos de la tarjeta entrenado-ra, como paso siguiente se tienenque identificar los módulos de apoyopara construir, implementar y/o simu-lar alguna aplicación.

El primer módulo de apoyo quedescribiremos es el relacionado conla actividad de representar algunaacción del microcontrolador, esto es,el poder señalar por medio de un in-dicador luminoso alguna respuesta.Para ello se cuenta con 2 circuitosbasados en leds, mismos que se en-cuentran en el área de experimentosde la propia tarjeta entrenadora, es-tos circuitos se muestran en la figura14. Para hacer uso de estos circui-tos, lo que tiene que hacerse es co-nectar mediante un pequeño cable alborne correspondiente ya sea de S1o S2, con cualquiera de las termina-les de salida del microcontroladorque pueden son S0, S1, S2, S3, S4,S5, S6 ó S7 del conector “Salidas”. Yde esta forma si la salida registra un“1” lógico se encenderá el led al cualfue conectado, y por lo contrario si lasalida reporta un “0” lógico, el led seapagará.

El segundo módulo de apoyo esel que genera estados discretos parapoderlos hacer llegar al microcontro-lador, estos módulos pueden simularla activación o desactivación de de-terminados sensores o botones quese requieren en algún proceso. Paraeste requerimiento sobre la tarjetaentrenadora, se cuenta con 2 circui-tos basados en push-boton que seencuentran sobre el área de experi-mentos, estos circuitos también semuestran en la figura 14 y lo únicoque se tiene que hacer es conectar elborne correspondiente, ya sea E1 óE2, a cualquiera de las terminales deentrada que pueden ser E0, E1, E2,E6 ó E7 del conector “Entradas”. Es-

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PLC de 5 Entradas y 8 Salidas

Figura 14

to último da posibilidad a que duran-te la fase de pruebas del programadel microcontrolador, se pueda eva-luar si la secuencia con que se tie-nen que activar los sensores es lacorrecta o no, para poder estar se-guros de que nuestro programa ope-rará completamente sobre nuestraaplicación.

El tercer módulo de apoyo es elque genera señales analógicas paraque puedan emplearse con aquel PI-CAXE que internamente posee unconvertidor “analógico – digital”, estemódulo puede realizar el trabajo desimulación por ejemplo de un sensorde temperatura, o de un sensor depresión, o de humedad, etc. Para es-ta parte, la tarjeta entrenadora cuen-ta con un resistor variable identifica-do como POT1, por medio del cual sepuede cambiar el valor de voltaje quese hace llegar a la terminal corres-pondiente de entrada analógica delmicrocontrolador que dependiendodel tipo de PICAXE, éstas puedenser E0, E1 ó E2 del conector “Entra-das”. Ahora bien, si lo que se quiereutilizar en la tarjeta programadora esun sensor real, por ejemplo un LDR(resistencia variable con la luz), óuna galga extensiométrica (resisten-cia variable con la deformación), etc.En el módulo de señales analógicasa través del conector identificado co-

mo “SENSOR” se puede conectar undeterminado sensor, que en combi-nación con el resistor R8 se genera elvoltaje cuyo valor responderá deacuerdo a la variable física que lea elsensor.

Cabe aclarar que el tipo de sen-sor que se tiene que utilizar en estaparte de la tarjeta entrenadora, debepresentar un cambio en su valor deresistencia para que en función deesto, se modifique el valor de voltajeque es, al final de cuentas, lo que leeel PICAXE sobre todo en las entra-das analógicas. Las terminales don-de se refleja el estado del móduloque genera las señales analógicasse identifican como AN1 y AN2.

El espacio identificado comoPROGRA se encuentra ocupado porun conector de audio estéreo tipo mi-ni Jack, el cual puede tener cualquierforma. El conector de audio estéreotan sólo tiene 3 terminales, mismasque serán utilizadas para comunicaral microcontrolador con una PC a tra-vés del puerto serie (vea el circuitode la figura 6 nuevamente para com-prender cómo se construye el cablede conexión entre la placa y la PC).Las terminales del conector de audioy DB9 realizarán las siguientes activi-dades:

• La línea identificada con el nú-

mero 1 en el conector de audio, sirvepara verificar que el microcontroladorPICAXE se encuentra conectado alpuerto serie de la PC.

• La línea identificada con el nú-mero 2 en el conector de audio sirvepara programar al microcontroladorPICAXE.

• La línea identificada con el nú-mero 3 en el conector de audio es lareferencia GND ó también conocidacomo tierra eléctrica.

Sobre la tarjeta entrenadora setiene incorporado un regulador devoltaje identificado como IC2 que po-see la matrícula LM78L05, y cuyo co-metido es la de proporcionar un vol-taje constante de 5 VCD para alimen-tar al microcontrolador PICAXE y losmódulos auxiliares que tiene incorpo-rados la tarjeta programadora. Pormedio de la utilización del reguladorde voltaje, es posible que podamosemplear para energizar a nuestra tar-jeta de entrenamiento una pila de 9

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Figura 15

Lista de Materiales de la PlacaEntrenadora PICAXE-18

IC1 - Zócalo o base de 18 termina-lesIC2 - LM78L05 - Regulador de 3terminales.D1, D2 - Leds Verdes de 5 mmD3 - Led Rojo de 5 mmS1, S2 - RESET - Interruptorespush boton para impresosR1, R4, R5: - 10kΩ 1/8WattR2: - 22kΩ 1/8WattR3: - 1kΩ 1/8WattR6, R7,R9 - 39kΩ 1/8WattR8: - 100kΩ 1/8WattPot. 1 - Preset 100Bloque de terminales

Varios: Conector mini jack de audio, conec-tor mini plug de audio (no incluídoen el kit), cables de conexión,conector para pila de 9V, placa decircuito impreso, etc.

VCD. Vea en la figura 15 una foto dela placa entrenadora PICAXE-18que, en forma de kit para armar, se lapuede conseguir por un costo de $25aproximadamente (no incluye el mi-crocontrolador) e incluye un CD conprogramas y todo lo que precisa paraaprender a utilizar esta placa.

El PLC Propuesto

Uno de los objetivos de la utili-zación de los microcontroladores sebasa en el control de procesos in-dustriales, pasando por todas las lí-neas de producción que tengamosen mente (aun las que ni siquieranos imaginamos). Para ello se re-quiere de un circuito base, el cualpodamos aplicar de forma generalpara casi todos los procesos que serequieren automatizar, y que obvia-mente tenga un microcontroladorcomo eje principal de su operación(figura 16).

Para contar con lo anteriormen-te mencionado, debemos hacer hin-capié en que tenemos ya los cono-

cimientos básicos como para con-junir toda la serie de tópicos quehemos abordado hasta el momentoen esta serie de microcontroladoresPICAXE, por lo tanto estamos en laantesala de la construcción de unproyecto que tiene una utilidad muyimportante en el ambiente indus-trial, y cuya denominación es la de“Control Lógico Programable”.

La figura 17 muestra el diagra-ma esquemático del PLC con PICA-

XE-18 que describiremos a conti-nuación.

El PLC (por sus siglas en inglés)lo podemos construir nosotros mis-mos a partir de las ventajas que nosofrecen los microcontroladores delsistema PICAXE, y por lo tanto con-tamos con la prestación adicionalde que podemos construir nuestroPLC del tamaño que queramos omás bien del tamaño de las necesi-dades que se requieren cubrir en el

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Figura 16

Fig

ura

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Figura 17

proceso industrial. De acuerdo aesto último, nuestro PLC lo pode-mos crear tan pequeño que, inclusi-ve podemos emplear el microcon-trolador PICAXE-08.

Lo diseñaremos tomando lasbondades que nos ofrece el micro-controlador PICAXE-18A del cualutilizaremos todos los recursos quenos brinda, y que para empezarcuenta con 5 entradas y 8 salidas.El diseño es tan compacto que per-mite montarlo en una placa de 10cm x 15 cm (vea la figura 18).

Nuestro PLC tiene todas lasprestaciones que nos entrega undispositivo electrónico comercial, ypara programarlo emplearemos elpropio sistema de programación delos microcontroladores PICAXE. Al-guien al leer el párrafo anterior sepodrá sentir defraudado, porquepodrían argumentar que no tene-mos un PLC completo ya que falta-ría el lenguaje de programación enescalera, y en efecto así es lo quefaltaría por el momento, pero sí po-demos llamar PLC a nuestro pro-yecto, ya que un PLC requiere de 3partes esenciales para admitir esaacepción. Las partes de un PLCson: etapa de entrada o ingreso dedatos, etapa de activación de ac-tuadores o elementos de potencia(etapa de salida), y el controladorque gestiona la información de laentrada, la procesa y reporta un re-sultado a la salida. El controlador al

que hacemos referencia nor-malmente es un microcon-trolador. Nuestro PLC conta-rá con las 3 partes que de ri-gor debe tener un PLC, y ellenguaje en escalera serásubstituido por el programade los PICAXE, que duranteel desarrollo de este materialmostraremos bloques de ins-trucciones que se utilizan co-múnmente en el programade un PLC.Comencemos con la des-cripción del circuito que le

dará vida a nuestro PLC, y para ellovamos a dividir el circuito eléctricoen 3 partes, las cuales son:

Etapa de entrada.- Este fragmento del circuito total,

es tan imprescindible como las 2 si-guientes. En este caso se trata dela parte que se encarga de adquirirla información del entorno que ro-dea al PLC y enviarla a las termina-les de entrada de datos del micro-controlador PICAXE, para realizaresta tarea se requiere de sensorespara que éstos adquieran la infor-mación. En general los PLC cuen-tan con la posibilidad de manejar 2tipos de sensores, ya sean analógi-cos o discretos. De acuerdo con loanterior podemos realizarnos la si-guiente pregunta:

¿Cómo sé qué sensor seleccio-nar?

La respuesta nos la proporcionael propio proceso que vamos a in-tervenir con nuestro PLC, y lo quetenemos que saber para tomar lamejor decisión sobre qué sensoresseleccionar, es tomar alguno de lossiguientes criterios:

1.- ¿Se requiere conocer si estápresente o no, algún producto omaterial?

2.- ¿Se requiere saber la magni-tud de alguna variable física?

De las preguntas anteriores te-

nemos que la 1 corresponde a sen-sores discretos, mientras que lapregunta 2 se relaciona con lossensores analógicos.

El esquema del módulo de en-trada discreto del PLC PICAXE-18incluye optoacopladores 4N25 (fi-gura 19).

Para una mejor comprensiónexplicaremos lo expresado líneasatrás mediante un ejemplo; supon-gamos que se tiene que controlar lamagnitud de la temperatura en el in-terior de algún recinto, por lo tantotenemos que seleccionar los tiposde sensores para implementar elcontrol de la temperatura y que es-tá sea estable dentro del recinto.

De un análisis rápido y muy bá-sico llegamos a la conclusión deque por lo menos se requieren 2 ti-pos de sensores los cuales se em-plearán para realizar una de las si-guientes acciones:

o Leer el valor de la magni-tud de la temperatura que está pre-sente.

o Detectar si la puerta del re-cinto se encuentra cerrada.

La primera descripción corres-ponde a un sensor del tipo analógi-co, mientras que la segunda des-cripción hace referencia a un sen-sor del tipo discreto.

La diferencia principal entre los2 tipos de sensores radica en el he-cho de que el sensor analógico en-trega un valor infinito de valores, loscuales dependen de la intensidadde la magnitud física que se estámidiendo (luz, temperatura, hume-dad, etc.), mientras que el sensordiscreto tan sólo nos reporta tan so-lo 2 valores, que son un “1 lógico” ó“0 lógico”.

El circuito correspondiente a laetapa de entrada de un PLC tieneque ser adecuada al sensor que seva a emplear, y tomando en cuentaque el microcontrolador que se utili-zará es un PICAXE 18A, que nos

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Figura 19

permite una disposición de 5 termi-nales que en su totalidad puedenser para entradas discretas, el dia-grama de la figura 19 correspondea la parte del diagrama que repre-senta la etapa de entrada imple-mentada para sensores discretos.

La entrada discreta tan sólo de-be tener la capacidad de reportar siel sensor detecta la presencia o node algún objeto o fenómeno físico,por ello se requiere que el sensorinforme de su estado por medio deun contacto, el cual se hace conec-tando en los extremos del borne deentrada de que se trate. El contactoesta conectado en serie con un re-sistor, y ambos se encuentran ener-gizados por una fuente de alimenta-ción, y cuando el contacto se cierra(esto si el sensor se activa) se ge-nera un “1 lógico”, mientras que siel contacto se abre (si el sensor nose activa) se da origen a un “0 lógi-co”.

Estos estados lógicos se dirigena la terminal del ánodo de un led in-frarrojo de un dispositivo opto aco-plador (4N25), el cual a su vez en laterminal del emisor refleja el estadoen que se encuentra el opto acopla-dor, mismo que corresponde al es-tado que guarda el contacto.

Por último, la información delopto acoplador se hace llegar a laterminal de entrada correspondien-te del microcontrolador PICAXE.Este circuito se repite 5 veces, unapara cada entrada discreta que po-see el PICAXE.

Etapa de salida.- Este bloque del circuito total sir-

ve para enviar una señal para queel actuador o elemento de potenciaque tiene conectado se energice ose apague, por lo tanto este circuitohace de etapa de aislamiento entrelas terminales de salida del micro-controlador PICAXE y los elemen-tos de salida. EL circuito principalque protege al microcontrolador PI-CAXE es un amplificador operacio-nal, que se encuentra bajo la confi-guración de seguidor de voltaje, porlo tanto si en la salida del PICAXEse tiene un “0 lógico”, el seguidorde voltaje entregará 0 Volts, mien-tras que si el PICAXE entrega un “1lógico” el seguidor de voltaje entre-gará 5 volt, porque con esa magni-tud de voltaje es con la que trabajael microcontrolador. En el diagramade la figura 20 se muestra el circui-to completo de la etapa de salida.

Para completar la etapa de sali-da, se utiliza un transistor para acti-var la bobina de un relevador, quepor medio de sus contactos seenergiza o no, un elemento de po-tencia. Cabe aclarar que los contac-tos del relevador deben tener la ca-pacidad de manejar tanto C.A. co-mo C.D. y una corriente máxima de

10 ampere en 120V de corriente al-terna 7 ampere en 220V ó 10A en24V de corriente continua.

Etapa de control.- Esta parte del PLC, de manera

indirecta, la describimos cuandohacemos referencia a un microcon-trolador PICAXE, porque el PICA-XE de forma exclusiva es la piezaque integra a la etapa de control,porque la información que se ad-quiere de los sensores se tiene quedirigir a las terminales de entradadel PICAXE, para que éste en fun-ción del programa que tenga grava-do en su memoria, reporte un resul-tado y lo envie a los circuitos perte-necientes a la etapa de salida y asípoder manipular a un elemento ac-tuador. El microcontrolador PICAXEde nuestro PLC contará con todaslas ventajas que nos ofrece el soft-ware de programación, el cual des-cribimos a continuación.

Para cualquier PLC, el softwareque normalmente se emplea paraprogramarlo es el llamado “lengua-je en escalera” o diagrama de con-tactos, en el cual las instruccionesse implementan mediante símbo-los, tal como se observa en la figu-ra 21.

Ya hemos descrito, que en parti-cular para el PLC que estamos dise-ñando, por el momento no se contarácon un lenguaje en escalera, pero va-mos a solventar esta desventaja conla realización del armado de bloquescon instrucciones propias de los mi-crocontroladores PICAXE, para quede esta manera podamos contar conuna equivalencia en cuanto a la seriede símbolos que nos puede propor-cionar un PLC.

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Figura 20

Figura 21

Existe una serie de símbolos dellenguaje en escalera que tienen unreflejo hacia la actividad exterior delPLC, y de esta manera se tienencontactos normalmente abiertos(N.A.) y normalmente cerrados(N.C), los cuales leen la informa-ción de las terminales de entradade datos y envían la información alPLC. También existen los símbolosque por medio de los cuales se leindica al PLC que tiene que enviarun mando de control para activar odesactivar algún actuador o ele-mento de potencia. Entonces, paraprogramar un PLC lo único que te-nemos que hacer es emplear lossímbolos adecuados para tener unsistema de control automático.

Por otra parte, los símbolos quese emplean en el lenguaje en esca-lera, son la base para programar lasfunciones lógicas que integran alprograma que controla algún proce-so industrial, por lo tanto, por mediode un ejemplo vamos a observar deque manera se puede implementaruna función lógica AND (Y), ó unafunción lógica OR (O) y una nega-ción.

Función lógica AND (Y).- Esta función en lenguaje escale-

ra equivale a interconectar una se-rie de contactos que pueden serN.A. ó N.C. en serie, lo que aseme-ja en un diagrama eléctrico, a uncircuito serie en donde se encuen-tran interruptores y al final de éstosuna lámpara, y para que ésta en-cienda en necesario que todos es-tén cerrados. Para implementar es-ta misma función mediante el códi-go en un microcontrolador PICAXElo haremos en dos partes, en primertérmino se requiere leer el estadoque están reportando los sensores

(en este caso discretos), para ellocomo ejemplo obsérvese el frag-mento de lenguaje escalera expre-sado en la figura 21.

Esta disposición de símbolos daorigen a una rama, en la cual se ob-serva el efecto de 3 contactos queal estar conectados en serie, se tie-ne una equivalencia de una funciónlógica AND, estos contactos mues-tran su efecto a partir de 3 entra-das, pues bien, en nuestro micro-controlador PICAXE también se tie-ne que leer el estado de 3 entradaspara tener la equivalencia, y paraello necesitamos saber en qué ter-minales de entrada de datos se en-cuentran conectados los sensores,continuando con el ejemplo supón-gase que las entradas para conec-tar esos sensores fueron la E0, E1y E2 (en un PICAXE las terminalesde entrada son 5 y son E0, E1, E2,E6 y E7), por lo tanto para que lafunción lógica AND implementadaen la figura 21, tenga el mismoefecto en el microcontrolador PICA-XE, se tiene que leer solo el efectode las terminales involucradas conla función lógica, por lo que tene-mos que anular lo que suceda conlas terminales restantes, para ellovamos a colocar una máscara amanera de filtro, para que solo pue-da obtenerse el estado lógico de lossensores en las terminales de en-trada que nos interesan. La másca-ra o filtro, que le vamos a colocar alPICAXE, estará implementada deacuerdo a como se muestra en latabla 1.

Por medio de la aplicación de lamáscara descrita anteriormente,vamos a indicarle al PICAXE quelea sus terminales de entrada y esedato lo almacene en un registrotemporal o variable que puede ser

como en este ejemplo, el identifica-do como “b0”, y para eliminar elefecto de las terminales E6 y E7 loque tenemos que hacer es, de algu-na manera, que estos bits adquie-ran un valor de 0 lógico, no impor-tando el estado que tengan sussensores respectivos, mientras quesobre las terminales E0, E1 y E2 sedebe mantener el valor del estadológico que respectivamente guar-den los sensores correspondientes.Esto se puede escribir por medio deun “diagrama de flujo” con el queharemos el programa de nuestroPLC en el Editor de Programas. Pa-ra describir entonces, cómo se ha-ce una función AND, vea el esque-ma de la figura 22.

Se observa que el valor de lavariable b0 se opera por medio deuna función AND (&) con el valordecimal de 7, mismo que equivale ala aplicación de la máscara, y deesta manera cualquier valor lógicoque tengan las terminales E6 y E7será igual con “0” lógico. El datoque tengan las terminales E0, E1 yE2 se mantendrá.

La instrucción “Let b0 = pins &7” indica que le asigne a la variableb0 el valor que corresponde a lalectura de los pines E0, E1 y E2.Por ejemplo, si E2=0, E1=0 y E0=1,entonces b0=1. Otro ejemplo: siE2=1, E1=0 y E0=1, entonces b=5.

Posterior a la aplicación de lamáscara, se tiene que analizar elestado de las 3 terminales que es-tán involucradas con la función lógi-

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PLC de 5 Entradas y 8 Salidas

Tabla 1

Figura 22

ca AND de la rama del lenguaje enescalera de la figura 21, para ello elvalor que debe estar alojado dentrode la variable b0 debe ser igual a 7decimal, si el estado de los 3 sen-sores es 1 lógico, y la variable b0reportará cualquier otro valor si al-guno de los sensores o todos estánen 0 lógico, tal como se ilustra en lafigura 22. El efecto de esta funciónlógica AND, equivalente a la ramade la figura 21, lo estamos reflejan-do sobre la salida S0, misma quese encenderá cuando los 3 senso-res reporten un 1 lógico sobre lasterminales de entrada del PICAXE.

Si se quiere cambiar de termina-les de entrada o involucrar mas (so-lo tenemos 5) entradas, basta conadecuar la máscara que filtra a lasterminales que nada tienen que vercon la función AND de una rama delenguaje en escalera, por otra partesi se tienen mas ramas, el fragmen-to de código que implementamospara el PICAXE tiene que repetirsetantas veces como ramas necesite-mos.

Para que se entienda, según loexpresado en la tabla 1, los valoresde E6 y E7 son siempre igual a ce-ro, luego, para obtener una funciónequivalente a una AND de 3 entra-

das (E0, E1 y E2), sólohabrá una salida válidacuando estas tres entra-das estén en “1” y si estose cumple, la sumatoriaen binario equivale al nú-mero decimal 7, por lotanto, y tal como se mues-tra en el bloque de la figu-ra 22, asignamos a unavariable b0 la suma de lospines de entrada y si secumple que:

E0 = 1, E1 = 1, E2 = 1, E3 = 0, E4 = 0

Entonces la sumatoria se-rá igual a “7” y para com-pletar la función AND de-beremos preguntar si la

variable b0 = 7, tal que cuando secumpla esa condición entonces lasalida “0” vaya a estado alto. El dia-grama de flujo que representa a lafunción lógica AND se completa en-tonces con el diagrama de flujo dela figura 23.

Función lógica OR (O).- Esta función en lenguaje escale-

ra obliga a interconectar interrupto-res en paralelo, lo que equivale enun diagrama eléctrico a tener alter-nativas para que al final de estospueda encender-se una lámpara, ypara ello es sufi-ciente con tan so-lo tener un inte-rruptor cerrado.Para implementarla función ORmediante el códi-go en un micro-controlador PICA-XE, en primerainstancia se re-quiere leer el es-tado que estánreportando lossensores (en estecaso discretos),para ello a mane-

ra de ejemplo se muestra un frag-mento del lenguaje escalera ilustra-do en la figura 24. Por la disposi-ción de los símbolos se está dandoorigen a una bifurcación en una ra-ma, en la cual se observa el efectode 3 contactos que al estar conec-tados en paralelo, se tiene la equi-valencia con la función lógica OR,estos contactos muestran comooperan a partir de 3 entradas, por lotanto, el microcontrolador PICAXEdebe leer el estado de las 3 entra-das involucradas, y para ello nece-sitamos saber qué terminales fue-ron las elegidas para conectar lossensores. Prosiguiendo con elejemplo ilustrado en el lenguaje es-calera para la función lógica OR,supóngase que las entradas paraconectar esos sensores fueron laE0, E2 y E6 (recuerde que en un PI-CAXE las terminales de entradason 5 y son E0, E1, E2, E6 y E7),por lo tanto para que la función lógi-ca OR implementada en la figura24, tenga la misma operación en elmicrocontrolador PICAXE, se tieneque leer sólo el estado lógico de lasterminales involucradas con la im-plementación de la operación lógicaOR, por lo que tenemos que nulifi-car el estado que se genere paralas otras terminales que no están

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Figura 23

Figura 24

contempladas, para ello vamos autilizar una máscara a manera defiltro para que sólo pueda obtenerse

el estado lógico de lossensores en las termina-les de entrada que nosinteresan.La máscara o filtro quele vamos a colocar al PI-CAXE, estará implemen-tada de acuerdo a comose muestra en la tabla 2.Por medio de la aplica-ción de la máscara des-crita, vamos a indicarleal PICAXE que lea susterminales de entrada yese dato lo almacene enun registro temporal ovariable que en esteejemplo se trata de “b0”,y para descartar el efec-to de las terminales E1 y

E7 lo que tenemos que hacer es dealguna manera que estos bits ad-quieran un valor de 0 lógico, no im-

portando el estado que tengan sussensores respectivos, mientras quelas terminales E0, E2 y E6 debenmantener el valor del estado lógicoque respectivamente, guarden lossensores que tengan conectados.En dicha figura se observa que elvalor de la variable b0, se opera pormedio de una función AND (&) conel valor decimal de 69, mismo queequivale a la aplicación de la más-cara (vea la tabla 2 nuevamente), yde esta manera sólo se tendrán encuenta para fijar el dato de la varia-ble b0 el dato que tengan las entra-das E0, E2 y E6. La instrucción (letb0 = pins & 69) indica que se leasigne a b0 el valor correspondien-te a la suma en decimal (con el pe-so de cada bit) de las entradas E0,E2 y E6. Por ejemplo, si E6=1 (quetiene un peso igual a 64 expresadoen decimal, E2=0 (no tiene pesopor ser “0”) y E0=1 (tiene un pesoigual a 1, expresado en decimal)entonces b0=65 (64+1).

Posterior a la aplicación de lamáscara, se tiene que analizar elestado de las 3 terminales que es-tán involucradas con la función lógi-ca OR del lenguaje en escalera dela figura 24, para ello el valor quedebe estar alojado dentro de la va-riable b0 se debe comparar con elvalor decimal de 0, específicamentese hace la pregunta si b0 es mayorque 0. Si el estado de los 3 senso-res es igual a 0 lógico, significa queninguno de ellos se ha activado, porotra parte si en la variable b0 se re-portara cualquier valor que sea ma-yor que 0, quiere decir que algunode los sensores o todos inclusiveestán en 1 lógico. Por lo tanto, elpaso siguiente del diagrama de flu-jo será “preguntar” si b0>0 ya quecualquier valor mayor que “)” indica-rá que al menos un sensor en lospines E0, E2, E6 esté activado.

El efecto de la función lógica ORprogramado en el diagrama de flujode la figura 25 equivalente al len-guaje escalera de la figura 24, lo

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PLC de 5 Entradas y 8 SalidasTabla 2

Figura 25

Tabla 3

'BASIC converted from flowchart: 'E:\PICAXE\PROGRAMAS DE ARTICULOS\ARTUCULO-12\FUNCION AND.CAD'Converted on 16/10/2005 at 22:28:46main:label_6: let b0=pins& 7

if b0= 7 then label_1Flow 0goto label_6

label_1F: high 0goto label_6

Tabla 3

'BASIC converted from flowchart: 'E:\PICAXE\PROGRAMAS DE ARTICULOS\ARTUCULO-12\FUNCION OR.CAD'Converted on 16/10/2005 at 22:28:19main:label_6: let b0=pins& 69

if b0> 0 then label_1Flow 1goto label_6

label_1F: high 1goto label_6

estamos reflejando sobre la salidaS1. La lámpara conectada en estasalida se encenderá cuando por lo

menos uno de los 3 sensores repor-ten un 1 lógico sobre las terminalesde entrada del PICAXE.

Si se quiere cambiar de termina-les de entrada o involucrar más (só-lo tenemos 5 entradas), basta con

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Fig

ura

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adecuar la máscaraque filtra a las termi-nales que nada tienenque ver con la funciónOR que se quiere im-plementar, por otraparte si se necesitanmás funciones lógi-cas OR, no tenemosmás que repetir elfragmento del códigoque hicimos para elPICAXE, por lo queéste tiene que repetir-se tantas veces comofunciones necesite-mos.

Recuerden que con el programallamado “PICAXE ProgrammingEditor”, podemos implementar per-fectamente las mismas funcionesque se realizan en un lenguaje es-calera, claro que no es tan fácil dehacer pero se puede. Por otra parteya hemos abordado los conceptosmínimos que se requieren para quenuestro PLC haga todas las funcio-nes básicas de uno comercial, perose debe tener presente que se ne-cesitan dominar ciertas técnicas de

programación para los PLC, porlo que nuevamente les hacemosuna atenta invitación a que visitennuestra página de internet www-.webelectronica.com.ar y en lasección de password empleen laclave “progplc”, para que pue-dan descargar mucha informa-ción sobre la programación dePLC.

Si quieren obtener más infor-mación de los microcontroladoresPICAXE de los invitamos a que

descarguen de lapágina de Internettoda la informaciónque necesiten demicrocontroladoresPICAXE, pero aho-ra empleando laclave “picaxe”. Elcódigo en basic de-rivado del diagra-ma de flujo para im-plementar la fun-ción AND se mues-tra en la tabla 3. Elcódigo en basic de-rivado del diagra-ma de flujo para im-

plementar la función OR semuestra en la tabla 4. Por último,en la figura 26 se muestra el dia-grama completo para la placa decircuito impreso, incluyendo lamáscara de componentes (el la-do de las pistas de impreso se hareproducido en la figura 16. Re-cuerde que este PLC se progra-ma con el Editor de Programas yque en próximas ediciones dare-mos varias aplicaciones para eluso de este PLC.

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