Introduccion Automatas Programables PLC
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D E F I N I C I O N
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z
D E P A R T A M E N T O D E E L E C T R I C I D A D
O P E R A C I Ó N Y P R O G R A M A C I O N D E S I S T E M A S E L E C T R I C O S C O N T R O L A D O S P O R P L C
I n t r o d u c c i ó n a l o s A u t ó m a t a s P r o g r a m a b l e s P L C
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Se entiende por Controlador
Lógico Programable (PLC), o
Autómata Programable, a
toda máquina electrónica dise-
ñada para controlar en tiempo
real y en medio industrial pro-
cesos secuenciales. Su mane-
jo y programación puede ser
realizada por personal eléctri-
co o electrónico sin conoci-
mientos informáticos.
Realiza funciones lógicas:
series, paralelo, temporizacio-
nes, contajes y otras más po-
tentes como cálculos, regula-
ciones, etc.
También se le puede definir
como una “caja negra” en la
que existen unos terminales
de entrada a los que se conec-
tarán pulsadores, finales de
carrera, foto celdas, detecto-
res...; Y unos terminales de
salida a los que se conectarán
bobinas de contactores, elec-
tro válvulas, lámparas. Donde
la tarea del usuario se reduce
a realizar el “programa”, que
no es más que la relación en-
tre las señales de entrada que
se tienen que cumplir para
activar cada salida.
I N T R O D U C C I O N
Las empresas de hoy, que
piensan en el futuro, se en-
cuentran provistas de moder-
nos dispositivos electrónicos
en sus maquinas y procesos
de control. Hoy, las fábricas
automatizadas deben propor-
cionar en sus sistemas, alta
confiabilidad, gran eficiencia y
flexibilidad. Una de las bases
principales de tales fábricas es
un dispositivo electrónico lla-
mado Controlador Lógico
Programable.
Este dispositivo fue inicialmen-
te introducido en 1968 en res-
puesta a una petición de la
División Hidramática de Gene-
ral Motors. En ese entonces,
GM frecuentemente usaba
días o semanas reemplazando
sistemas inflexibles de control
basados en relés, siempre que
cambiaba modelos de auto-
móviles o hacía modificacio-
nes de línea. A fin de reducir
el alto costo del re cableado,
la especificación de control de
GM pedía un sistema de esta-
do sólido que tuviera la flexibi-
lidad de una computadora,
pero que los ingenieros de
planta y los técnicos pudieran
programar y dar mantenimien-
to. Además tenía que ser re-
sistente a la contaminación del
aire, la vibración, el ruido eléc-
trico, la humedad y temperatu-
ras extremas, los cuales se
encuentran en el ambiente
industrial.
Aún los primeros PLC’s que
funcionaban como reemplazo
de relés, eran más confiables
que los sistemas basados en
relés, debido principalmente a
la robustez de sus componen-
tes de estado sólido compara-
das con las partes móviles en
los relés electromecánicos.
Los PLC’s proporcionaron
ahorro en los costos de mate-
rial, instalación, localización y
corrección de problemas y
mano de obra al reducir el
cableado y sus correspondien-
tes errores. Además, ocupa-
ban menos lugar que los con-
tadores, temporizadores y
otros componentes de control
que estos reemplazaban. Su
capacidad para ser reprogra-
mados aumentó notablemente
su flexibilidad cuando se cam-
biaban los diagramas de con-
trol.
Tal vez la clave principal para
la aceptación de los PLC en la
industria fue que el lenguaje
de programación inicial estaba
basado en los diagramas de
escalera y símbolos eléctricos
comúnmente usado por los
electricistas. Casi todo el per-
sonal de planta ya estaba ca-
pacitado en lógica de escalera
y fácilmente la adoptaron para
los PLC. De hecho, la lógica
de escalera todavía juega un
papel muy importante en la
programación, localización y
corrección de problemas, a
pesar que se han desarrollado
lenguajes de programación
más avanzados.
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V E N T A J A S Y D E S V E N T A J A S D E L O S P L C
No todos los autómatas ofre-
cen las mismas ventajas sobre
la lógica cableada, ello es
debido, principalmente, a la
variedad de modelos existen-
tes en el mercado y a las inno-
vaciones técnicas que surgen
constantemente. Tales consi-
deraciones nos obligan a refe-
rirnos a las ventajas que pro-
porciona un autómata de tipo
medio.
VENTAJAS DEL PLC
Las condiciones favorables
que presenta un PLC son las
siguientes:
1.-Menor tiempo de elabora-
ción de proyectos debido a
que:
No es necesario dibujar
el esquema de contactos.
No es necesario simplifi-
car las ecuaciones lógicas, ya
que, por lo general, la capaci-
dad de almacenamiento del
módulo de memoria es lo sufi-
cientemente grande.
La lista de materiales
queda sensiblemente reduci-
da, y al elaborar el presupues-
to correspondiente eliminare-
mos parte del problema que
supone el contar con diferen-
tes proveedores, distintos
plazos de entrega, etc.
2. Posibilidad de introducir
modificaciones sin cambiar el
cableado ni añadir aparatos.
3. Mínimo espacio de ocupa-
ción.
4. Menor costo de mano de
obra de la instalación.
5. Economía de mantenimien-
to. Además de aumentar la
fiabilidad del sistema, al elimi-
nar contactos móviles, los
mismos autómatas pueden
detectar e indicar averías.
6. Posibilidad de gobernar
varias máquinas con un mis-
mo autómata.
7. Menor tiempo para la pues-
ta en funcionamiento del pro-
ceso al quedar reducido el
tiempo de cableado.
8. Si por alguna razón la
máquina queda fuera de servi-
cio, el autómata sigue siendo
útil para otra máquina o siste-
ma de producción.
DESVENTAJAS DEL PLC
Como inconvenientes podría-
mos decir, en primer lugar,
que hace falta un programa-
dor, lo que obliga a uno de los
técnicos capacitarse en tal
sentido.
Pero hay otro factor importan-
te, como el costo inicial, que
puede o no ser un inconve-
niente, según las característi-
cas del automatismo en cues-
tión. Dado que el PLC cubre
ventajosamente un amplio
espacio entre la lógica cablea-
da y el microprocesador, es
preciso que el proyectista lo
conozca tanto en su amplitud
como en sus limitaciones.
Por tanto, aunque el costo
inicial debe ser tenido en
cuenta a la hora de decidirnos
por uno u otro sistema, con-
viene analizar todos los de-
más factores para asegurar-
nos una decisión acertada.
APLICACIONES INDUS-
TRIALES DE LOS PLC’s
A).-MANIOBRAS DE MAQUI-
NAS.
Maquinaria industrial del mue-
ble y la madera.
Maquinaria en proceso de
grava, arena y cemento.
Maquinaria en la industria del
plástico.
Maquinas-herramientas com-
plejas.
Maquinaria de ensamblaje.
Maquinas de transferencia.
B).-MANIOBRA DE INSTALA-
CIONES.
Instalaciones de aire acondi-
cionado y calefacción.
Instalaciones de seguridad.
Instalaciones de almacena-
miento y transporte.
Instalaciones de plantas em-
botelladoras.
Instalaciones en la industria
automotriz
Instalación de tratamientos
térmicos.
Instalaciones de la industria
azucarera.
Es interesante hacer notar
que aunque el PLC fue origi-
nalmente diseñados como un
dispositivo de reemplazo de
control industrial cumpla las
necesidad de los usuarios.
Las necesidades de la aplica-
ción pueden ser definidas
solamente por un análisis de-
tallado del sistema completo.
Esto significa que los exáme-
nes detallados deben ser eje-
cutados en todas las facetas
de la maquina u operación del
proceso. Como ninguna apli-
cación es diferente, no hay
una rutina clara y concisa que
evalué las necesidades de
todas las aplicaciones Una
última consideración importan-
te en la aplicación de un PLC
es el futuro crecimiento del
sistema. Los PLC están dise-
ñados modularmente y por lo
tanto con posibilidades de
poder expandirse para satisfa-
cer las necesidades de la in-
dustria. Es importante que a la
aplicación de un PLC se pue-
da considerar los beneficios
de las futuras expansiones.
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A R Q U I T E C T U R A D E L O S P L C
La estructura básica de cual-
quier autómata se divide en
una estructura externa una
interna. La Estructura Exter-
na o configuración externa de
un autómata programable se
refiere al “aspecto físico exte-
rior del mismo”, bloques o
elementos en que esta divido,
etc. Desde su nacimiento y
hasta nuestros días han sido
varias las estructuras y confi-
guraciones que han salido al
mercado condicionadas no
sólo por el fabricante del mis-
mo, sino por la tendencia exis-
tente en el área a que perte-
neciese: Europea o Nortea-
mericana. Actualmente son
dos las estructuras más signi-
ficativas que existen en el
mercado:
Estructura Compacta
Estructura Modular
ESTRUCTURA COMPACTA
Se distinguen por presentar
“en un solo bloque todos sus
elementos”, esto es fuente de
alimentación, CPU, memorias,
E/S, etc... En cuanto a su uni-
dad de programación, existen
tres versiones: unidad fija o
enchufable directamente en el
autómata; enchufable median-
te cable y conector, o la posi-
bilidad de ambas conexiones.
Si la unidad de programación
es sustituida por un PC, nos
encontraremos con la posibili-
dad de conexión del mismo
será mediante cable y conec-
tor. El montaje del autómata al
armario que ha de contenerlo
se realiza por cualquiera de
los sistemas conocidos: riel
DIN, placa perforada, etc.
ESTRUCTURA MODULAR
Como su nombre lo indica, la
estructura de este tipo de
autómatas se divide en
“módulos o partes” del mismo
que realizan funciones especi-
ficas. Aquí cabe hacer dos
divisiones para distinguir entre
las que denominaremos es-
tructura americana y europea.
La estructura americana se
caracteriza por separar las E/
S del resto del autómata, de
tal forma que en un bloque
compacto están reunidas las
CPU, Memoria de usuario o
de programa y fuente de ali-
mentación. de alimentación, y
separadamente las unidades
de E/S en los bloques y sali-
das necesario.
La estructura europea se ca-
racteriza principalmente por
que existe un modulo para
cada función: fuente de ali-
mentación. de alimentación,
CPU, E/S, etc. La unidad de
programación se une median-
te cable y conector. La suje-
ción de los mismos se hace
bien sobre carril DIN o placa
perforada, sobre RACK, en
donde va alojado el BUS ex-
terno de unión de los distintos
módulos que lo componen.
Como la estructura externa del
PLC es el aspecto físico, la
Estructura Interna correspon-
de a las partes en que se or-
dena su conjunto físico o
Hardware con las funciones y
el funcionamiento con cada
una de ellas.
Los PLC se componen esen-
cialmente por bloques internos
los cuales se dividen y definen
en :
Fuente de alimentación
CPU
Módulo de entrada
Módulo de salida
Terminal de programación
Periféricos.
Fuente de alimentación
Es la encargada de convertir
la tensión de la red, 220v
c.a., a baja tensión de c.c,
normalmente 24 v. Siendo
esta la tensión de trabajo en
los circuitos electrónicos que
forma el Autómata.
CPU
La Unidad Central de Proce-
sos es el auténtico cerebro del
sistema. Se encarga de recibir
las ordenes, del operario por
medio de la consola de pro-
gramación y el modulo de
entradas. Posteriormente las
procesa para enviar respues-
tas al módulo de salidas. En
su memoria se encuentra resi-
dente el programa destinado
a controlar el proceso.
Modulo de entradas
A este módulo se unen eléctri-
camente los captadores
(interruptores, finales de carre-
ra, pulsadores,...). La informa-
ción recibida en él, es enviada
a la CPU para ser procesada
de acuerdo la programación
residente.
Se pueden diferenciar dos tipos
de captadores conectables al
módulo de entradas: los Pasi-
vos y los Activos.
Los Captadores Pasivos son
aquellos que cambian su esta-
do lógico, activado - no activa-
do, por medio de una acción
mecánica. Estos son los Inter-
ruptores, pulsadores, finales
de carrera, etc.
Los Captadores Activos son
dispositivos electrónicos que
necesitan ser alimentados por
una tensión para que varíen
su estado lógico. Este es el
caso de los diferentes tipos de
detectores (Inductivos, Capa-
citivos, Fotoeléctricos). Mu-
Dispositivos
de entrada o
captadores
Dispositivos de
salida o actua-
dores
Unidad Central
De Procesos
CPU
Sección de
entradas
Sección
de salidas
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chos de estos aparatos pue-
den ser alimentados por la
propia fuente de alimentación
del autómata.
El que conoce circuitos de
automatismos industriales
realizados por contactores,
sabrá que puede utilizar, como
captadores, contactos eléctri-
camente abiertos o eléctrica-
mente cerrados dependiendo
de su función en el circuito.
Como ejemplo podemos
ver un simple arrancador pa-
ro /marcha (Fig 5). En él se
distingue el contacto usado
como pulsador de marcha que
es normalmente abierto y el
usado como pulsador de para-
da que es normalmente cerra-
do.
Sin embargo en circuitos auto-
matizados por autómatas, los
captadores son generalmente
abiertos. El mismo arrancador
paro/marcha realizado con un
autómata es el de la figura
6. En él se ve que ambos
pulsadores y el relé térmico
auxiliar son abiertos.
Modulo de salidas
El modulo de salidas del autó-
mata es el encargado de acti-
var y desactivar los actuado-
res (bobinas de contactores,
lámparas, motores peque os,
etc).
La información enviada por las
entradas a la CPU, una vez
procesada, se envía al módulo
de salidas para que estas se-
an activadas y a la vez los
actuadores que en ellas están
conectados.
Según el tipo de proceso a
controlar por el autómata, po-
demos utilizar diferentes
módulos de salidas.
Existen tres tipo bien diferen-
ciados:
1) relés.
2) triac.
3) transistores.
Módulos de salidas a relés.
Son usados en circuitos de
corriente continua y alterna.
Están basados en la conmuta-
ción mecánica, por la bobina
del relé, de un contacto eléctri-
co normalmente abierto.
Módulos de salidas a Triacs
Se utilizan en circuitos de co-
rriente continua y corriente
alterna que necesiten manio-
bras de conmutación muy
rápidas.
Módulos de salidas a Tran-
sistores a colector abierto.
El uso del este tipo de módu-
los es exclusivo de los circui-
tos de c.c.
Igualmente que en los de
Triacs, es utilizado en circuitos
que necesiten maniobras de
conexión / desconexión muy
rápidas.
La forma de conectar los ac-
tuadores a los módulos de
salidas, dependerá del tipo de
módulo utilizado.
TERMINAL DE PROGRAMA-
CIÓN
El Terminal o consola de pro-
gramación es el que permite
comunicar al operario con el
sistema. Las funciones bási-
cas de éste son las siguientes:
-Transferencia y modificación
de programas.
-Verificación de la programa-
ción.
-Información del funcionamien-
to de los procesos.
Como consolas de programa-
ción pueden ser utilizadas las
construidas específicamente
para el autómata, tipo calcula-
dora o bien un ordenador per-
sonal, PC, que soporte un
software especialmente dise-
ñado para resolver los proble-
mas de programación y con-
trol.
PERIFÉRICOS
Los periféricos no intervienen
directamente en el funciona-
miento del autómata, pero sin
embargo facilitan la labor del
operario.
Los más utilizados son:
- Impresoras.
- Cartuchos de memoria EE-
PROM.
- Visualizadores y paneles de
operación OP
MEMORIAS
Llamamos memoria a cual-
quier dispositivo que nos per-
mita almacenar información en
forma de BIT (ceros y unos).
En nuestro caso nos referire-
mos a las memorias que utili-
zan como soporte elementos
semiconductores.
No todas las memorias son
iguales, se distinguen dos
tipos fundamentales de memo-
rias fabricadas con semicon-
ductores:
RAM : (Random Acces
Memory), memoria de acceso
aleatorio o memoria de lectura
escritura. En este tipo de me-
morias se pueden realizar los
procesos de lectura y escritura
por procedimientos eléctricos,
pero su información desapare-
ce al faltarle la corriente.
ROM : (Read Only Memo-
ry), memoria de solo lectura. N
estas memorias se puede leer
su contenido, pero no se pue-
de escribir en ellas; los datos e
instrucciones los graba el fa-
bricante y el usuario no puede
alterar su contenido. Aquí la
información se mantiene ante
la falta de corriente.
Pero estas no son todas las
memorias disponibles, pues
como se observa en el cuadro
existen otros tipos en las que
los sistemas de programación,
su borrado y su volatilidad o
permanencia de la información
marcan su diferencia.
PROCESADOR
Esta constituido por el micro-
procesador, el generador de
impulsos de onda cuadrada o
reloj y algún chip auxiliar.
El procesador se monta sobre
una placa de circuitos impre-
sos en ella y junto al chip mi-
croprocesador se sitúan todos
aquellos circuitos inte4grados
que lo componen, principal-
mente memorias ROM del
sistema o firmware.
En algunos tipos de autómatas
aquí se sitúan también los chip
de comunicación con periféri-
cos o de interconexión con el
sistema de entradas y salidas.
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Un programa es una sucesión
o lista en un determinado or-
den de distintas ordenes de
trabajo, también llamadas
instrucciones y capaz de hacer
ejecutar al autómata la se-
cuencia de trabajo pretendida.
Existen varios lenguaje o sis-
temas de programación posi-
bles en los autómatas progra-
mables, ellos son: Nomónicos,
Diagrama de contactos, pla-
nos de funciones, Grafset y
Organigramas.
Nosotros estudiaremos uno de
los más usados, que es el
esquema de contactos o dia-
grama escalera (Ladder).
Tipos de Memoria Sistema de programa-
ción
Sistema de borrado Ante el corte de ten-
sión la memoria
RAM
Memoria de lectura escritura
Eléctrica Eléctrico Se pierde, es volátil
ROM
Memoria de solo lectura
Durante su proceso de fabrica-
ción
Es imposible su borrado Se mantiene
PROM
Memoria programable
Eléctrica Es imposible su borrado Se mantiene
EPROM
Memoria modificable
Eléctrica Por rayo Ultra Violeta Se mantiene
EEPROM
Memoria modificable
Eléctrica Eléctrico Se mantiene
P R I N C I P I O S D E P R O G R A M A C I O N D E U N P L C
CONSIDERACIONES PARA
PROGRAMAR
Antes de acometer los ejem-
plos prácticos, es necesario
tener en cuenta algunas consi-
deraciones que nos facilitarán
la labor de programación y
que son las siguientes:
A) La programación en
cada bloque de contactos se
realizará en el orden de iz-
quierda a derecha, tal y como
queda indicado en la siguiente
figura.
Página 6 I n t r o d u c c i ó n a l o s A u t ó m a t a s P r o g r a m a b l e s P L C
B) El sentido de progra-
mación de los bloques de con-
tactos de un programa se eje-
cutará en el sentido de arriba
a abajo, según se puede ob-
servar como sigue en la figura.
C) El número de contac-
tos que se pueden colocar en
un bloque, desde el comienzo
tacto que en estado de reposo
está abierto, o lo que es lo
mismo, el paso de corriente a
través de él no es posible.
de la línea principal hasta la
salida “OUT”, es ilimitado. La
única limitación práctica que
podemos encontrar es la de la
anchura del papel cuando se
quiera sacar el programa por
impresora; en este caso, el
número máximo de contactos
en serie es de ocho.
D) No se puede conec-
tar una salida directamente a
la línea principal, en estos
casos se intercalan un contac-
to cerrado de una marca cual-
quiera. Esta posibilidad de
acceder a contactos abiertos o
cerrados fijos, ya que no utili-
za la bobina de dicha marca o
F) Los términos
“contacto abierto”,
“normalmente abierto (NA)” y
“contacto de cierre”, significan
lo mismo y se refieren al con-
relé, es importante tenerla en
cuenta en toda programación.
La figura muestra el caso des-
crito.
E) Después de una
salida “OUT” no se puede
colocar contacto alguno, tal y
como se muestra la figura.
G) En el mismo sentido,
el término “contacto cerrado”,
“normalmente cerrado (NC)” y
“contacto de apertura”, tam-
bién significan lo mismo y es
el contacto que en estado de
reposo se encuentra cerrado,
o sea, el paso de corriente a
través de él sí es posible.
H) “Contactos de mar-
cas”. Aunque no son salidas
exteriores, las marcas se re-
presentan y programan de
forma similar, siendo su utiliza-
ción más común como relés
auxiliares. La mayoría de los
PLC’s la dividen en tres gru-
pos:
Las no protegidas contra
el corte de alimentación.
Las protegidas contra el
corte de alimentación y que,
por tanto, no pierden su esta-
do ante esta eventualidad.
Las especiales, con fun-
ciones varias como generador
de impulsos, impulsos para
funciones protegidas en primer
ciclo de scan, etc.
I) No se pueden desig-
nar más de una salida con la
misma dirección.
Página 7 O P E R A C I Ó N Y P R O G R A M A C I O N D E S I S T E M A S E L E C T R I C O S
Los programas de lógica de
escalera surgieron de los dia-
gramas eléctricos de escalera,
los cuales representan como
fluye la corriente eléctrica a
través de dispositivos para
completar un circuito eléctrico.
Estos diagramas muestran la
interconexión entre los dispo-
sitivos eléctricos en un formato
gráfico fácil de leer el cual
guía al electricista cuando
realiza el cableado (ver figura
de la derecha).
D I A G R A M A S E L E C T R I C O S D E E S C A L E R A
Un diagrama eléctrico consta
de dos líneas distribuidoras
(BUS) verticales, o líneas de
alimentación eléctrica, con la
corriente fluyendo del Bus
izquierdo al Bus derecho. Ca-
da circuito eléctrico en el dia-
grama se considera un
renglón. Cada renglón tiene
dos componentes claves: con-
tiene por lo menos un disposi-
tivo que es controlado y con-
tiene la(s) condición(es) que
controla(n) el dispositivo, tal
como la energía eléctrica del
Bus o un contacto proveniente
de un dispositivo de campo.
Se dice que un renglón tiene
continuidad eléctrica cuando la
corriente fluye sin interrupción
de izquierda a derecha a lo
largo del renglón (todos los
contactos están cerrados). Si
existe continuidad, entonces
se completa el circuito y el
dispositivo controlado por el
renglón se activa (ON). Si no
existe continuidad, el dispositi-
vo permanece desactivado
(OFF)
PROGRAMAS DE LOGICA
DE ESCALERA
n programa de lógica de esca-
lera PLC es muy parecido a un
diagrama eléctrico de escale-
ra. En un diagrama eléctrico,
los símbolos representan dis-
positivos reales y cómo están
cableados. Un programa PLC
usa símbolos parecidos, pero
estos representan instruccio-
nes de lógica de escalera para
la aplicación. Un programa de
lógica de escalera existe sólo
en el software del PLC, no es
el Bus de alimentación eléctri-
ca real ni el flujo de corriente a
través de los circuitos. Otra
diferencia es que en un dia-
grama eléctrico, los dispositi-
vos se describen como estan-
do abiertos o cerrados (OFF u
ON). En un programa de lógi-
ca de escalera las instruccio-
nes son falsas o verdaderas
(sin embargo, los términos a
menudo se usan intercambia-
blemente).
Cada renglón en un programa
de lógica de escalera debe
contener por lo menos una
instrucción de control (salida)
y generalmente contiene una o
más instrucciones condiciona-
les (entradas). Las instruccio-
nes condicionales se progra-
man a la izquierda de la ins-
trucción de control. Los ejem-
plos de instrucciones condicio-
nales incluyen las señales de
dispositivos de entrada conec-
tados, contactos asociados
con salidas y señales prove-
nientes de temporizadores y
contadores.
Una instrucción de control,
programada en el lado dere-
cho del renglón, es la opera-
ción y función que es activa-
da / desactivada por la lógica
del renglón. Los ejemplos de
las instrucciones de control
incluyen la activación de una
salida (activa los circuitos de
salida del PLC para activar un
dispositivo de campo) y las
instrucciones internas del
PLC, tales como comando de
bits, temporizadores, contado-
res y comandos matemáticos.
Las instrucciones de control se
activan o desactivan basándo-
se en el estado de las instruc-
ciones condicionales en el
renglón. El PLC hace esto
examinando la continuidad
lógica de un renglón (todas las
instrucciones condicionales
son evaluadas como verdade-
ras). Si existe continuidad
lógica,. El PLC activa la ins-
trucción de control. Si no exis-
te continuidad lógica, entonces
el PLC mantiene la Instrucción
de control en el estado OFF o
desactivado.
PERTENECE A:
CURSO
COLEGIO
OTROS DATOS
IDENTIFICACIÓN ALUMNO
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S I M B O L O G I A B A S I C A D E P R O G R A M A C I O N
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