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Mi primer trabajo de ingeniero fue instalar y configurar un PLC que mi jefe, que no sabía mucho de este tema, le compró a un representante de una prestigiosa marca, pero el vendedor tampoco conocía mucho acerca del tema. El trabajo consistía en reemplazar un controlador obsoleto por otro de nueva generación, todos los sensores y actuadores del sistema original se mantenían.

Cuando se estaba haciendo el reemplazo, notamos que los sensores instalados en campo eran de 24 Vdc NPN o sumidero y las módulos que se habían adquirido también. El mismo trabajo se iba a repetir en doce máquinas y cada máquina usaba 3 módulos de entradas DC, un total de 36 módulos que se compraron con una especificación errada. Mi jefe no iba a durar mucho en su puesto, afortunadamente para él, el problema se resolvió con muy poco dinero.

Conexión del sensor NPN

La mayoría de los sensores NPN, cuando se activan conectan su salida al negativo de la fuente de 24 Vdc, activando la entrada, a la que están conectados, en el módulo del PLC. Cuando el sensor se desactiva, la salida queda en un estado de alta impedancia, lo que se conoce en electrónica como el tercer estado, esta característica fue la usamos en nuestro provecho, en esta condición el flujo de corriente es igual a cero y la entrada del módulo, donde está conectado el sensor, se  desactiva.

Conexión de un sensor NPN a una entrada NPN.

Cuando se conecta el sensor NPN a una tarjeta NPN no hay forma que haya conducción, la solución a esto es colocar una resistencia de pull-up, como se muestra en la siguiente figura. Se puede observar que cuando el sensor está activado su transistor de salida hace un corto circuito en la entrada, la corriente que entra al módulo es igual a cero, lo que hace que la entrada esté desactivada. Cuando el sensor está desactivado, el transistor está abierto y la fuente alimenta la entrada a través de la resistencia de pull-up, esto hace que la entrada esté activa.

Conexión del pull-up

Conexión del pull-up

Si miramos con detenimiento, el funcionamiento de la entrada se invierte, en el sistema original si el sensor está activo, la entrada está activa y viceversa. En el sistema con pull-up cuando el sensor está activo la entrada esta desactivada y viceversa. Esto se corrige cambiando el contacto asignado a la entrada donde está conectado el sensor en el programa, es decir, si la entrada tiene asignado un contacto abierto (–] [–), este se cambia por uno cerrado (–]\[–), y viceversa.

Pero ¿de cuánto es el valor de la resistencia de pull-up?, Si a resistencia de pull-up es muy grande la corriente que suministraría la fuente a el módulo de entrada puede que no sea suficiente para activa la entrada en el módulo y si la resistencia es muy pequeña se puede dañar el transistor de salida del sensor. Así que necesitamos saber la corriente mínima de activación de la entrada, la impedancia de entrada de la entrada y la máxima corriente que puede drenar el sensor.

El valor mínimo de la resistencia de pull up viene dado por la siguiente ecuación:

Rpmin = Vdc/Ismax

Donde Ismax es valor más grande de corriente que el sensor puede drenar. Y el valor máximo de la resistencia de pull-up viene dado por la siguiente ecuación.

Rpmax = Vdc/Iemin – Ree

Donde Iemin es la corriente mínima de activación de la entrada y Ree es la resistencia de entrada de la entrada en la que está conectado el sensor. Para los siguientes datos de operación Vdc =24V, Ree= 3,1 KΩ, Iemin = 2 mA e Ismax = 100 mA. El valor de la resistencia de pull-up estaría en el rango de 240 a 8.900 Ω. Lo aconsejable es ir hacia el valor más alto, para proteger el sensor y exigirle menos potencia a la fuente de poder. Un valor comercial puede ser 8,2 KΩ de 1/4w. En la medida que nos acercamos al valor inferior de la resistencia de pull-up la cantidad de potencia que debe disipar es mayor, una resistencia de 240Ω consumirá 2,4 vatios cuando el sensor este activo. Recuerda que la potencia disipada es i2R.

Un análisis similar se puede hacer para un sensor PNP conectado a una entrada PNP.  Por supuesto que este tipo de conexión no es recomendable de forma permanente. La solución definitiva fue cambiar los sensores por sensores tipo PNP, pero este tipo de conexión nos permitió continuar la producción mientras llegaban los nuevos sensores.