1.7.5. Partes fundamentales de un autómata programable

1. Introducción a la Arquitectura de los Autómatas Programables

En el ámbito de la automatización industrial, el autómata programable, comúnmente conocido por sus siglas en inglés como PLC (Programmable Logic Controller), representa el cerebro indiscutible de cualquier sistema de control moderno. Su diseño modular, robusto y altamente especializado le permite operar ininterrumpidamente en entornos industriales hostiles, caracterizados por ruido electromagnético, vibraciones, polvo y temperaturas extremas. A diferencia de un ordenador personal convencional, cuya arquitectura está orientada a la versatilidad de tareas y a la interacción con el usuario humano mediante interfaces gráficas pesadas, la estructura interna y física de un autómata programable está optimizada rigurosamente para una única misión crítica: leer el estado de las variables físicas de un proceso a través de sus entradas, ejecutar un programa lógico de control de manera determinista y predecible, y actualizar el estado de los actuadores mediante sus salidas, todo ello en ciclos de tiempo extremadamente cortos, conocidos técnica y universalmente como ciclos de scan.

Para lograr esta asombrosa fiabilidad, seguridad y velocidad de respuesta exigida por la industria pesada y de manufactura, el hardware del autómata se descompone arquitectónicamente en varias partes fundamentales o bloques funcionales que interaccionan de forma sinérgica e ininterrumpida. Comprender a la perfección cada uno de estos bloques vitales, su función específica y aislada, y cómo se comunican armónicamente entre sí es el primer paso ineludible y esencial para cualquier técnico superior o ingeniero de automatización que pretenda diseñar de cero, diagnosticar con pericia o mantener con eficacia sistemas de control basados en esta indispensable tecnología. Aunque existan PLCs compactos donde todas estas partes se integran por economía de espacio en una única carcasa plástica sellada, o PLCs modulares donde cada bloque es una tarjeta electrónica independiente insertable en un chasis de expansión, la filosofía de funcionamiento subyacente y las divisiones conceptuales lógicas siguen siendo idénticas y rigurosamente aplicables en todos los escenarios posibles.

2. La Unidad Central de Proceso (CPU)

La Unidad Central de Proceso, o CPU por sus archiconocidas siglas en inglés, constituye el verdadero núcleo de cálculo aritmético, procesamiento lógico y toma de decisiones del autómata programable. Esta unidad es, en su más íntima esencia, un microprocesador o un microcontrolador integrado de altas prestaciones, diseñado de fábrica específicamente para ejecutar vertiginosas operaciones lógicas de control a velocidades medidas en microsegundos o incluso nanosegundos por instrucción básica. Su cometido principal e innegociable es orquestar todo el funcionamiento coreográfico del equipo al completo. El ciclo de trabajo intrínseco de la CPU es cíclico, repetitivo y asombrosamente constante. En primer lugar, al inicio del scan, se encarga de leer fielmente la "imagen" o estado eléctrico actual de todas las señales físicas presentes en los módulos periféricos de entrada y almacenarla en una zona específica y reservada de la memoria rápida, garantizando así que los datos de campo no varíen de forma impredecible durante la ejecución posterior de los complejos cálculos lógicos.

A continuación, y basándose exclusivamente en esa fotografía estática de las entradas, procesa de manera estrictamente secuencial, instrucción por humilde instrucción, el programa de aplicación completo que el usuario ha diseñado e introducido en su memoria no volátil, evaluando las expresiones lógicas booleanas, ejecutando operaciones aritméticas complejas o actualizando el estado de múltiples temporizadores y contadores internos. Una vez calculado íntegramente el nuevo estado deseado y final para la máquina o proceso, la CPU transfiere inmediatamente estos resultados matemáticos a otra zona de memoria y ordena la actualización eléctrica y física de los módulos de salida. Además de esta labor cíclica incesante, la CPU ejecuta constantemente complejas rutinas de autodiagnóstico interno, verificando en background la integridad de su propia matriz de memoria, la correcta comunicación ininterrumpida con todos los módulos periféricos conectados y el estado de la tensión de alimentación. En caso de detectar una anomalía crítica o un fallo de hardware, la CPU tiene la capacidad intrínseca y la autoridad absoluta para detener el proceso, poniendo todas las salidas físicas en un estado de seguridad predefinido por el usuario (fail-safe) y activando de inmediato los llamativos indicadores luminosos de error (habitualmente marcados en rojo como SF o System Fault) en su carátula frontal.

3. La Memoria del Sistema y sus Estrictas Clasificaciones

Acompañando inseparable y simbióticamente al microprocesador, la arquitectura interna del PLC dispone de diversas y amplias zonas de memoria electrónica de estado sólido, cada una de ellas dotada con características tecnológicas y finalidades operativas marcadamente diferentes. A grandes rasgos arquitectónicos, podemos dividir y clasificar la memoria global de un autómata en tres grandes categorías funcionales distintas. En primer y fundamental lugar, tenemos invariablemente la memoria del sistema operativo (también conocida como Firmware), generalmente del tipo ROM inalterable, PROM, EPROM o, de manera mucho más común en la actualidad, memoria EEPROM o Flash actualizable remotamente. En esta protegida zona reside permanentemente el conjunto básico de instrucciones inalterables insertadas por el fabricante original del equipo, el cual dicta imperativamente cómo la CPU debe arrancar electrónicamente (secuencia de boot), cómo debe gestionar su hardware, cómo debe comunicarse por sus puertos físicos y cómo interpretar exactamente el lenguaje de programación estándar (Ladder, Grafcet, etc.) enviado por el entorno de desarrollo. Esta vital memoria no es en absoluto accesible, modificable ni borrable de forma ordinaria por el usuario final.

En segundo y destacado lugar, encontramos la preciada memoria de programa del usuario. Es precisamente aquí donde se guarda, compila y almacena el código lógico, los extensos diagramas de contactos cruzados, los estructurados bloques de función estandarizados o las líneas de texto estructurado que el programador técnico diseña a medida para gobernar una máquina o instalación industrial concreta. Esta memoria, por imperativo de diseño, debe ser de naturaleza no volátil, es decir, debe poseer la capacidad absoluta de retener toda la información de código incluso cuando el equipo se desenergiza por completo durante apagones prolongados o periodos vacacionales. Históricamente, y con gran coste de mantenimiento, se utilizaban frágiles baterías de respaldo (pilas químicas de litio) combinadas con módulos de memoria RAM estática, pero afortunadamente, hoy en día es una norma casi universal en la industria el uso directo de robustas memorias Flash internas, EEPROM soldadas a placa, o incluso el uso de tarjetas de memoria extraíbles estandarizadas tipo SD o MMC comerciales, las cuales facilitan enormemente la clonación y el despliegue rápido en múltiples máquinas idénticas. Finalmente, la tercera gran división corresponde a la volátil memoria de datos y de estado interno. Es, a todos los efectos, una memoria de trabajo activo de tipo RAM (Random Access Memory), que se caracteriza por poseer tiempos de lectura y escritura de acceso extremadamente rápidos. En su seno electrónico es donde se alojan temporalmente la imagen de proceso de las entradas y de las salidas, los valores numéricos actuales de las variables analógicas, el conteo en progreso de los temporizadores, las banderas o marcas de memoria internas (bits auxiliares de enclavamiento) y las variables dinámicas mutables del programa. Resulta absolutamente crucial y demandado por la industria que ciertas partes concretas de esta rápida memoria de datos RAM puedan ser preconfiguradas deliberadamente desde el entorno de programación como zonas "remanentes" o retentivas; esto significa que, mediante el respaldo de un supercondensador interno o una batería, dichas variables conserven su último valor exacto frente a un corte de tensión de red fortuito, lo cual es de vital importancia práctica, por ejemplo, para no perder nunca la posición absoluta de un servomotor en un eje CNC o la cuenta acumulada de piezas producidas en una línea automatizada de empaquetado continuo tras un apagón industrial inesperado.

4. Los Módulos o Tarjetas de Entrada de Señal

Los módulos de entrada representan, en una analogía biológica muy precisa, los órganos sensoriales básicos del autómata programable frente a su entorno de operación. Su función primordial e insustituible es la de recibir físicamente las diversas señales eléctricas de campo procedentes del cableado de los sensores (interruptores mecánicos, fotocélulas, detectores de proximidad inductivos o finales de carrera), acondicionarlas y adaptarlas rigurosamente a los delicados niveles de tensión de trabajo interno de la electrónica digital de la CPU, y proporcionar, por encima de todo, un grado de aislamiento eléctrico absoluto que resulta vital para la supervivencia y seguridad de todo el equipo de control. En la ruda realidad de las naves industriales, las señales eléctricas de campo pueden variar enormemente en magnitud y naturaleza: pueden ser de 24V de corriente continua (el estándar de facto moderno), de 110V o 230V de peligrosa corriente alterna para accionamientos antiguos, o señales analógicas continuas puras. El módulo de entrada actúa así como una indestructible barrera fronteriza. Físicamente, un módulo de entrada digital modular típico está constituido externamente por robustas regletas de bornes de conexión atornillados o sistemas modernos de resorte (push-in).

Internamente, la historia es mucho más compleja. La señal externa procedente del campo atraviesa inicialmente un circuito pasivo acondicionador de señal que filtra drásticamente el ruido electromagnético parásito y amortigua eficazmente los rebotes espurios de alta frecuencia típicos de los contactos electromecánicos al cerrarse. Sin embargo, el componente estrella y salvavidas que reside dentro de todos estos módulos industriales es el denominado optoacoplador, un minúsculo dispositivo semiconductor que transfiere la señal lógica de encendido/apagado a través de un haz imperceptible de luz infrarroja interna, separando galvánica y físicamente el agresivo circuito de alta potencia de campo (donde habitan motores e inductancias) del extremadamente delicado bus de datos interno de cinco voltios o tres con tres voltios donde opera la costosa CPU. Esta brillante estrategia asegura tajantemente que, si se produce un catastrófico cortocircuito directo o una sobretensión masiva inducida por un rayo en la instalación externa, el daño térmico y eléctrico quede circunscrito única y exclusivamente al módulo de entrada intercambiable, sacrificándose heroicamente y salvaguardando en todo momento el inmensamente costoso cerebro central del sistema de control. Evidentemente, los módulos de entrada no se limitan en absoluto a manejar meras señales digitales discretas del tipo todo o nada; la gama de módulos de entrada analógica es igualmente crucial e indispensable en el portfolio de cualquier fabricante. Estos módulos especializados están equipados internamente con sofisticados conversores Analógico-Digitales (ADC) de alta resolución, que se encargan de traducir y digitalizar señales eléctricas continuamente variables provenientes del campo (típicamente empleando el robusto estándar industrial de lazo de corriente de 4 a 20 miliamperios, o alternativamente de 0 a 10 voltios provenientes de sofisticados sensores de presión hidrostática, sondas de temperatura PT100 o medidores de nivel ultrasónicos) a precisos valores numéricos enteros o de coma flotante binarios que la CPU pueda interpretar y procesar matemáticamente en sus reguladores PID. A nivel práctico y de usabilidad, cada canal individual de entrada dispone además de su propio indicador luminoso (un pequeño LED verde o amarillo) claramente visible en el panel frontal del módulo, una característica en apariencia trivial pero que facilita de manera extraordinaria la ardua labor de mantenimiento correctivo al permitir al técnico instrumentista verificar rápida y visualmente a pie de cuadro si una señal de campo determinada está llegando físicamente de manera correcta al equipo de control sin necesidad de conectar previamente ordenadores portátiles ni polímetros de medida.

5. Los Módulos o Tarjetas de Salida y Actuación

Ubicados en perfecta e ineludible analogía geométrica y funcional con las tarjetas de entradas, los módulos de salida constituyen los imprescindibles órganos de ejecución, actuación y fuerza bruta del PLC sobre el mundo exterior. Su cometido es diametralmente opuesto: reciben constantemente las decisiones lógicas y aritméticas tomadas por la CPU (codificadas en forma de microscópicas y débiles señales digitales de estado sólido a nivel de bus interno) y las procesan, aíslan y amplifican drásticamente en potencia para poder comandar, excitar y gobernar sin problemas los potentes actuadores electromecánicos del rudo mundo real industrial, tales como bobinas de relés de interface, grandes contactores tripolares de potencia, ruidosas electroválvulas neumáticas, pequeños motores fraccionarios, potentes sirenas de alarma o deslumbrantes indicadores acústicos y luminosos tipo baliza. Al igual y de la misma manera crítica que en los módulos de entrada, la característica fundamental de incorporar un aislamiento galvánico absoluto e infranqueable mediante el uso profuso de optoacopladores rápidos de alta calidad es rigurosamente obligatoria e innegociable. Su propósito es proteger a toda costa al carísimo microprocesador y su memoria adyacente frente a letales corrientes inversas de retorno o violentos y destructivos picos de tensión inductivos (transitorios de corte) que son generados inevitablemente por las colosales bobinas magnéticas de los grandes contactores y electroválvulas justo en el preciso instante en que la corriente es interrumpida bruscamente al ser desconectados por el autómata.

A nivel de ingeniería de detalle, existen fundamentalmente tres grandes tecnologías consolidadas de conmutación de potencia que son empleadas profusamente en el diseño de los módulos de salida digitales discretos, debiendo el ingeniero elegir cuidadosamente la adecuada para cada aplicación particular. La primera, más polivalente y la más clásica de todas es, sin lugar a dudas, la salida a relé electromagnético miniatura. En esta arquitectura, el diminuto microcontrolador interno del autómata acciona y excita directamente la pequeñísima bobina de un micro-relé electromecánico encapsulado en el interior de la tarjeta. Su gran y aplastante ventaja competitiva radica en que proporciona externamente un contacto eléctrico "seco" o libre de potencial, lo que le confiere la inmensa versatilidad de poder conmutar en el mismo borne tanto circuitos de alta tensión en corriente alterna (hasta 250V AC) como circuitos de baja tensión en corriente continua, y además es capaz de soportar holgadamente mayores intensidades de corriente puntuales y de arranque frente a la electrónica pura. Por el contrario, su principal y limitante desventaja mecánica es la vida útil predefinida y finita de sus delicados contactos metálicos (sometidos a incesante desgaste físico y chisporroteo microscópico) y su bajísima velocidad límite de conmutación (inadecuada para nada por encima de unos pocos hercios). La segunda y muy extendida tecnología son las salidas estáticas a transistor de potencia (típicamente transistores MOSFET o BJT en configuración fuente o sumidero). Estas tarjetas están estrictamente reservadas para gobernar exclusivamente circuitos y actuadores de corriente continua (el omnipresente estándar de 24V DC). Al ser de naturaleza puramente de estado sólido cristalino, carecen por completo de piezas móviles, por lo que no sufren absolutamente ningún desgaste mecánico ni chispa, otorgándoles una vida útil teórica casi infinita. Su mayor proeza es que pueden ser ordenadas a conmutar encendidos y apagados a unas altísimas e inconcebibles frecuencias de trabajo (hasta de cientos de kilohercios), siendo las elegidas por excelencia e indispensables para propósitos muy concretos y avanzados, tales como generar precisos trenes de pulsos (PWM) para controlar minuciosamente la velocidad de giro de variadores de frecuencia convencionales, o para comandar milimétricamente el movimiento de costosos servomotores y motores paso a paso de alta precisión. Finalmente, la tercera opción consolidada son las salidas robustas a triac de estado sólido, utilizadas y confinadas casi exclusivamente para la conmutación silenciosa, rápida y sin chispas de cargas resistivas o inductivas de corriente alterna pura a tensiones de red de 110V o 230V. Adicional e inexcusablemente para procesos industriales más complejos que requieren de regulaciones suaves y no simples encendidos y apagados, el autómata debe disponer de sofisticados módulos de salida puramente analógica. Estos complejos módulos están dotados en su corazón de conversores Digital-Analógicos (DAC) de gran precisión, que asumen la ingrata tarea de traducir un número digital interno y abstracto calculado por la memoria del procesador y convertirlo físicamente en una corriente o tensión eléctrica proporcional, estable y medible en el mundo exterior; algo que es absolutamente necesario, por ilustrar con un ejemplo típico, para poder regular mecánicamente y de forma exquisitamente precisa la apertura gradual de una válvula proporcional motorizada dentro de un clásico lazo cerrado de control automático PID regulador de temperatura o de caudal de fluidos.

6. La Fuente de Alimentación de Energía

La fuente de alimentación, frecuentemente ignorada en los análisis superficiales, es el verdadero, crítico y silencioso pilar energético que sostiene, nutre y permite la vida de toda la maravilla arquitectónica electrónica que conforma el PLC moderno. A pesar del evidente hecho de que la inmensa mayoría de los enormes equipos periféricos industriales, así como los colosales actuadores pesados, los hornos de inducción o las grandes bombas centrífugas conectadas al sistema requieren ingentes intensidades eléctricas y elevadas tensiones alternas industriales provenientes de la red trifásica, la realidad interna del PLC es drásticamente opuesta. El complejísimo y veloz microprocesador interno de la CPU, las vastas matrices de los chips de memoria de alta densidad y los intrincados circuitos integrados de comunicaciones y de enlace operan estricta y obligatoriamente con tensiones continuas notablemente bajas, extraordinariamente limpias y altamente estabilizadas de rizado, requiriendo generalmente raíles de alimentación de unos precisos cinco voltios (5V DC) y, en la electrónica más contemporánea y densa, de tan solo tres con tres voltios (3.3V DC). La ineludible misión técnica y el único propósito de la fuente de alimentación primaria integrada del autómata es, por tanto, recibir estoicamente la energía bruta, inestable y ruidosa proveniente de la acometida de red eléctrica externa general de la ruidosa planta industrial (ya sea conectada directamente a 230V AC monofásica o, más habitualmente y por seguridad normativa, a una tensión industrial continua de respaldo de 24V DC provista centralizadamente por el armario principal de fuerza y mando) y convertirla diligentemente, mediante el empleo masivo de complejas topologías y tecnologías de conmutación electrónica de alta frecuencia (las populares y eficientes fuentes conmutadas o SMPS), en las múltiples y diferentes tensiones perfectas, milimétricamente limpias de parásitos, exquisitamente filtradas y matemáticamente constantes que la delicada electrónica digital exige sin negociación posible para no corromper la integridad matemática de sus preciados ceros y unos.

Dada la criticidad del sistema que debe alimentar, esta fuente interna de calidad industrial debe ser diseñada desde los planos para ser excepcionalmente férrea y robusta frente a toda clase de perturbaciones de calidad de red que matarían a un PC doméstico instantáneamente. Debe soportar estoicamente microcortes de suministro imprevistos, perjudiciales huecos y caídas transitorias de la tensión en la red industrial, empleando para ello inmensos bancos de condensadores electrolíticos de gran capacidad y calidad (alta resistencia de rizado) que son capaces por sí solos de almacenar y suministrar un remanente de energía y de mantener perfectamente vivo y operativo al cerebro y memorias del PLC el tiempo exacto y suficiente para que éste tenga margen de ejecutar por software un salvador procedimiento de guardado de emergencia de absolutamente todos sus datos críticos, banderas de estado y recetas en memorias permanentes Flash justo antes de apagarse y morir completamente por falta de sustento energético. En los autómatas programables de formato modular de grandes dimensiones, las pesadas fuentes de alimentación son, por norma general, tarjetas de considerable anchura que se insertan en el primer zócalo a la izquierda del chasis; desde allí, su conector inyecta y distribuye sin piedad los elevados amperios de las bajas tensiones de trabajo hacia y para el disfrute y consumo del resto de las decenas de módulos periféricos contiguos utilizando para ello el robusto bus impreso del fondo. Además, en aplicaciones que atañen directamente a la seguridad humana, a la química crítica y peligrosa o a servidores de muy alta y absoluta disponibilidad y fiabilidad por diseño, es una praxis habitual y obligatoria instalar directamente múltiples y costosas fuentes de alimentación redundantes conectadas físicamente en paralelo a través de diodos ideales, de manera que, para lograr el cenit del automatismo, se pueda garantizar bajo contrato que si alguna de ellas sufre fortuitamente un fallo y colapso electrónico catastrófico por vejez de componentes, la unidad gemela, alerta y sana, asumirá el cien por cien de toda la carga térmica y eléctrica en nanosegundos sin llegar a interrumpir ni alterar durante un solo milisegundo o un solo ciclo de programa la perfecta ejecución del importante proceso industrial productivo que se halle en curso.

7. Módulos y Puertos de Interfaces de Comunicación Industrial

A tenor de la inmensa revolución industrial que estamos viviendo hoy en día, es una afirmación inamovible que absolutamente ningún autómata programable contemporáneo y digno de dicho nombre funciona o actúa como un simple controlador aislado, ciego y autista o como una recóndita y lúgubre isla solitaria de automatización atrapada en una vetusta y polvorienta planta de producción en masa. Para que el PLC moderno, como inestimable e importante pieza angular, se pueda llegar a integrar de manera natural, profunda y plenamente productiva dentro de los exigentes y asombrosos sistemas de gestión global, y dentro de la intrincadísima arquitectura ciberfísica e interconectada de red de la imparable y ubicua Industria 4.0 impulsada por los potentes datos, resulta imperativo, estricto e indispensable que cuente desde su etapa temprana de diseño y fabricación con formidables, robustos y velocísimos canales lógicos y puertos físicos de comunicación industrial estructurada. El loable y supremo objetivo final de dotar a las CPU y a estos colosales e impasibles equipos industriales ciegos con estas vitales bocas de comunicación es nada menos que el de poder llegar a intercambiar asombrosos y apabullantes volúmenes de valiosos datos operacionales (tales como velocidades de línea, alarmas, caudales, o cuellos de botella de la producción) con el inmenso, demandante e informático mundo empresarial externo en tiempo estricta y absolutamente real y de un modo seguro, priorizado y determinista, libre total y completamente de toda clase de dañinas interferencias y sin que la incesante ejecución cíclica primaria e iterativa del programa principal de la planta o control del proceso industrial, que tiene la mayor e inapelable prioridad del ciclo de scan, sufra por ello penalización importante, demoras significativas o paradas en seco.

A nivel de hardware, de manera frecuente, todas estas importantísimas y veloces interfaces para comunicarse se presentan a nivel técnico y comercial en dos variantes distintas: o bien vienen de fábrica ya integradas nativamente en la propia y compacta placa base de la matriz de la CPU como puertos embebidos en el frontal, o bien pueden llegar a añadirse posteriormente como costosos, complejos y dedicados módulos adicionales especializados en la dura tarea de procesar las robustas e intrincadas tramas de red, denominados comúnmente por los fabricantes como procesadores de comunicaciones dedicados (CP). Ahora bien, es fascinante comprobar empíricamente cómo estos aparentemente discretos, solitarios e idénticos puertos de comunicación industrial llegan a cumplir de manera simultánea o secuencial una miríada de propósitos distintos de manera ininterrumpida y paralela a lo largo del duro ciclo de vida de la maquinaria industrial pesada. En su función más simple, inmediata y tradicional, estos puertos son la vía exclusiva y la imprescindible interfaz obligatoria de acceso y programación para permitir y dar cabida al valioso y experto trabajo de monitorización por parte del propio ingeniero o técnico especialista en mantenimiento electromecánico de la máquina. Utilizando y empleando físicamente un estándar de puerto de red de tipo Ethernet RJ-45 de alta velocidad (muy común en los PLCs actuales de Siemens, Rockwell o Schneider), una ubicua y cómoda conexión tipo serie de formato universal USB, o inclusive conectando en los equipos más maduros y clásicos a un viejo puerto serial clásico de la familia RS-232 o el muy ruidoso y diferencial RS-485, el ingeniero puede llegar a conectarse sin cables o a través del engorroso cable de programación dedicado con su costosa y pesada estación de programación o PC portátil (laptop) a pie de máquina, para poder transferir remotamente y verificar íntegramente las correcciones del nuevo software lógico en tiempo real y diagnosticar en vivo los bits. Más arriba en la jerarquía, hacia el SCADA y bases de datos, estas impecables conexiones permiten reportar estados. Aún más crítico, y para finalizar, es el apabullante y colosal despliegue de redes distribuidas a través de buses de campo industriales descentralizados en las inmensas fábricas kilométricas, como Profibus DP, el estándar Modbus RTU, o las increíbles redes de Ethernet tiempo real como EtherCAT y el dominante Profinet IRT.

8. El Rack o Chasis Electrónico de Interconexión (Backplane)

En el amplio y sofisticado sector de los carísimos y potentes autómatas programables de formato estrictamente modular (es decir, aquellos ideados para plantas complejas con miles de señales de entrada y salida y enormes capacidades de cálculo), ocurre la ineludible realidad de que todas y cada una de las partes de hardware y bloques fundamentales que hemos procedido a analizar pormenorizadamente en los apartados anteriores de este documento (como la indispensable fuente de alimentación aislada, la potente y minúscula placa CPU con su microprocesador, las docenas de módulos de entrada discreta y analógica, la gran infantería de módulos de salida a potentes y ruidosos relés o rápidos y fiables transistores, e incluso los sofisticados y enrevesados procesadores de telecomunicaciones) existen físicamente no como componentes internos soldados a una placa base, sino como compactas y herméticas entidades electrónicas totalmente separadas y alojadas y encerradas de manera independiente e individual en el interior de su propia carcasa de robusto y ventilado plástico ignífugo industrial, la cual además viene provista con todas las indicaciones frontales de estado. Para conseguir unificarlas a todas de forma lógica y electromecánica en un solo equipo y lograr que operen perfecta y orquestadamente como un único, rápido, coherente y unificado sistema informático y determinista global en las entrañas mismas y claustrofóbicas de un ruidoso armario de distribución eléctrica, se requiere imperativa e inexcusablemente la presencia física y activa de un elemento base o de un soporte pasivo físico y también extremadamente sofisticado a nivel electrónico que es habitualmente común a todos ellos: el importantísimo chasis, a menudo también conocido de forma indiferente bajo la nomenclatura anglosajona de rack (bastidor), perfil carril soporte o placa backplane de conexión. Físicamente e inicialmente, la función de lo que denominamos rack industrial es la de actuar como un mero bastidor o armazón perfilado (normalmente fabricado por extrusión de duro aluminio u otro material metálico que ofrezca al sistema una firme toma de masa eléctrica). Sobre este chasis se engatillan y atornillan y fijan sólidamente cada uno de los diferentes y pesados módulos.

No obstante lo expuesto sobre su gran rigidez, su vital importancia arquitectónica trasciende amplísima y profundamente la de la labor del mero, inerte y sencillo soporte de chapa mecánico en frío. En su cara y parte posterior, oculta tras gruesas capas protectoras de barniz transparente antifúngico y antihumedad frente a los elementos más hostiles, el vital y pasivo chasis integra férreamente una larguísima, carísima e intrincada placa de pesado circuito impreso con un gran número de multicapas superpuestas en el espacio de apenas unos milímetros, la cual conforma y crea el sistema circulatorio digital llamado habitualmente "Bus de Fondo" o Backplane Bus para los fabricantes norteamericanos. Este robusto e inviolable bus encapsulado interno de interconexión es asombrosamente similar e idéntico en propósitos al sistema informático interno y general que se usa en las placas madre o motherboards ATX de cualquier ordenador PC, y es, en realidad y puridad electrónica, una auténtica, ancha y ruidosa autopista digital e informática paralela de datos operando en muy alta frecuencia electromagnética. Está compuesta, físicamente hablando, por un enorme sinfín de densas pistas conductoras paralelas de cobre bañado en aleaciones de oro puro que atraviesan longitudinalmente todo el carril para distribuir la energía eléctrica desde la primera ranura, de la fuente de alimentación al resto, y proporcionar el canal exclusivo o vías directas para la constante e imparable e implacable comunicación a varios megahercios de las tramas de los datos digitales (ceros y unos), inmensas direcciones binarias de posiciones de RAM e interruptores, y todas y cada una de las señales fundamentales del reloj general de sincronismo de control bidireccional entre el cerebro principal del microprocesador único de la CPU base y todas y cada una de las docenas de sencillas tarjetas esclavas de control periféricas de interfaz de entrada o salida, todas conectadas ordenadamente en cascada a sus propios e intrincados zócalos o conectores correspondientes numerados en cada una de sus costosas e insertables y deslizables ranuras plásticas extraíbles bajo el nombre de slots. El inmaculado y laborioso diseño de los planos a nivel de ingeniería e integridad de señales electrónica de este complejo e irreemplazable backplane multicapa, con sus decenas o centenares de conexiones de pines dorados para resistir en el tiempo a la temida corrosión química del azufre industrial en suspensión y a las brutales exigencias térmicas ambientales de cuarenta o más grados, debe ser inmensa y sumamente impecable, sofisticado y cuidadoso para poder de esta forma asegurar fehacientemente, sin fallo posible ni error ni reinicios intempestivos, que los cruciales millones de datos lógicos puedan ser transferidos y fluyan limpiamente y siempre a su máxima e inalterable altísima frecuencia de funcionamiento interno en megahercios o gigahercios y sin experimentar nocivas distorsiones eléctricas parasitarias provenientes o emanadas del entorno o interferencias electromagnéticas por efectos mutuos cruzados debidas a su extrema y muy comprometedora cercanía espacial capacitiva (un maligno efecto electrónico en los trazados internos conocido también y frecuentemente con el nombre de crosstalk), lo que es el pilar innegable y absoluto para permitir a la imperturbable central de procesos y mando CPU del PLC que pueda consultar simultáneamente a un ciclo de control continuo y modificar por sí sola el estado preciso y absoluto de varios miles de lejanos y minúsculos componentes y sensores actuadores eléctricos remotos situados físicamente y distribuidos eficientemente por cada una de todas las apretadas tarjetas del extenso rack en un periodo temporal que asombrosamente, y con suma regularidad cronométrica industrial, ronda en la práctica general tan solo unos minúsculos y casi desapercibidos pares de pocos milisegundos y lo logre cumplir con una rigurosa exactitud implacable de manera incesante y repetitivamente e ininterrumpidamente durante las interminables y monótonas décadas productivas operativas de vida útil esperadas para esta crucial e insustituible máquina industrial en un ciclo incondicional.