4.1 Diagrama de escalera (KOP)
El diagrama en escalera, también llamado KOP, ladder o diagrama ladder, es un lenguaje de programación gráfico muy popular dentro de los autómatas programables debido a que está basado en los esquemas eléctricos de control clásicos. De este modo, con los conocimientos que todo técnico o ingeniero eléctrico posee, es muy fácil adaptarse a la programación en este tipo de lenguaje.
Ladder es uno de los diferentes lenguajes de programación para los controladores lógicos programables (PLCs) estandarizados con IEC 61131-3. En Ladder, la energía se desplaza de izquierda a derecha en lugar de arriba hacia abajo como en los esquemas eléctricos. En un circuito típico aparecen los contactos en la parte izquierda y una bobina en la parte derecha. La lógica de control que representa dicho circuito puede verse como una inferencia lógica que tiene como antecedente la lógica de los contactos y como concluyente la bobina.
Para programar un autómata con Ladder, además de estar familiarizado con las reglas de los circuitos de conmutación, (también denominada Lógica de Contactos), es necesario conocer cada uno de los elementos de que consta este lenguaje. A continuación se describen de modo general los más comunes (ver Fig. 4.1):
- Contacto normalmente abierto (E1): si la variable asociada E1 vale ‘0’, el contacto permanece abierto, y si vale ‘1’ se cierra.
- Contacto normalmente cerrado (E2): si la variable asociada E1 vale ‘1’, el contacto permanece abierto, y si vale ‘0’ se cierra.
- Salida, bobina o relé (S1): la variable asociada S1 tomará el valor de la variable (o combinación de variables) que esté a su entrada (punto de conexión del lado izquierdo). También se puede enclavar o desenclavar, indicándolo con una S o R como se indica en los casos de S2 y S3.
Figura 4.1: Elementos básicos del diagrama de escalera
Nota.- Una bobina normal puede verse como una asignación del valor lógico conectado a su izquierda. Por contra, una bobina de enclavamiento (S / R) se activa de la misma manera que la bobina anterior, pero retiene el valor (‘1’ / ‘0’) aunque el valor lógico conectado a su izquierda pase a ‘0’.
Se pueden implementar funciones lógicas de forma sencilla. Por ejemplo, en la figura siguiente (Fig. 4.2) se implementa un función AND y una OR.
Figura 4.2: Implementación de funciones básicas: AND (izquierda) y OR (derecha)
Más información disponible en (Siemens, 2004a).
Nota.- Si se quiere hacer una simulación de un diagrama KOP de manera interactiva se sugiere el siguiente simulador: https://www.plcfiddle.com/
4.1.1 Ejemplos
El circuito de la Fig. 4.3
Figura 4.3: Diagrama de escalera: ejemplo 1
equivale a:
\[A4.0=\overline{E0.0}·E0.1 + E0.0 · \overline{E0.1} = E0.0 \oplus E0.1\]
que corresponde con una puerta XOR.
En el circuito de la Fig. 4.4
Figura 4.4: Diagrama de escalera: ejemplo 2
la ecuación correspondiente sería la siguiente:
\[\begin{equation} \begin{aligned} A4.0 &= (E0.0·E0.1) + \overline{E0.2} \\ A4.1 &= E0.3 · ((\overline{E0.0}·E0.1) + \overline{E0.2}) \end{aligned} \tag{4.1} \end{equation}\]
En el entorno de desarrollo STEP-7 de SIEMENS, los circuitos se dividen en segmentos, como se muestra en la Fig. 4.5. En este caso se utilizan salidas con activación (S) y desactivación (R).
Figura 4.5: Diagrama de escalera: ejemplo 3
Las ecuaciones serían:
\[\begin{equation} \begin{aligned} A4.0 &= 0 \mbox{ si } ((E0.0·E0.1) + \overline{E0.2}) \mbox{ tiene valor '1' }\\ A4.1 &= 1 \mbox{ si } ((E0.0·E0.1) + \overline{E0.2}) \mbox{ tiene valor '1' } \end{aligned} \tag{4.2} \end{equation}\]
Según lo expuesto anteriormente acerca de las bobinas con enclavamiento, cuando A4.0 toma el valor ‘0’ ya no volverá a tomar el valor ‘1’ (queda desactivada para siempre). De la misma forma, cuando A4.1 toma el valor ‘1’, ya no volverá a tomar el valor ‘0’ (queda activada para siempre).