¿Qué es un PLC y para qué sirve?

Para definir lo qué es un PLC (Programmable Logic Controller) se puede decir que es una computadora utilizada en la automatización industrial o ingeniería de control para convertir procesos manuales en procesos electromecánicos automáticos.

Un ejemplo de lo anterior sería el control de la maquinaria en una línea de ensamble automotriz o fábrica farmacéutica.

Lo que hace a un PLC diferente de una computadora tradicional, es que esta diseñado para controlar e interpretar diferentes tipos de señales industriales, es resistente al ruido eléctrico, a las colisiones, vibración y a un amplio rango de temperaturas.

Para evitar que se pierda información de los programas, los PLC vienen con memorias FLASH integradas o una batería de respaldo.

Un poco de historia sobre el PLC

Los primeros sistemas de control fueron desarrollados a través de lógica de relés, pulsadores, interruptores, entre otros componentes.

Este tipo de desarrollos causaba muchos problemas, principalmente a la hora de encontrar fallas, ya que entre más complejo el sistema, más grandes y rebuscados eran los tableros de control.

Por ello, a finales de la década de 1960 GM Hydramatic, una división de General Motors dedicada al desarrollo de transmisiones automáticas propuso un proyecto para el desarrollo de un dispositivo capaz de reemplazar los sistemas cableados de relés.

Como resultado, la compañía Bedford Associates desarrollo el 084, el primer PLC funcional y producido comercialmente de la historia.

PLC 084 desarrollado por Bedford Associates
PLC 084 desarrollado por Bedford Associates

El éxito posterior de los PLC fue debido a su fácil programación, su larga vida útil y su resistencia en ambientes difíciles. Para lograr esto se implementaron nuevas técnicas de programación y se reemplazaron los relés por elementos de estado sólido.

Los primeros PLC eran programados mediante el lenguaje Listado de instrucciones, pero actualmente pueden ser programados por múltiples lenguajes, siendo el diagrama escalera el más usado.

¿Cómo funciona un PLC?

Un PLC, al igual que todo sistema automático está dividido en tres etapas:

Sistema de control en un PLC

Como de costumbre, te explicaré el funcionamiento de un PLC mediante un ejemplo, en esta ocasión lo haré comparándolo con el sistema autónomo más utilizado por todos nosotros; el cuerpo humano.

Imagina que estás jugando baseball y tu compañero te lanza una pelota, ¿cómo reaccionará tú sistema autónomo para completar el proceso «cachar la pelota»?

Entradas

¿Qué información estás recibiendo como entrada en este proceso?

La información que necesitas es una serie de imágenes consecutivas de la pelota que describen el movimiento y trayectoria de la misma.

Lo primero que harás es capturar esta información a través de tus ojos en forma de luz, después, esta información viajará por el sistema nervioso hasta llegar a tu cerebro.

En este ejemplo podemos comparar a tus ojos con sensores o cámaras de visión.

El sistema nervioso que envía la información al cerebro es algo similar al cableado que envia la información de dichos sensores o cámaras de visión al PLC.

Control

¿Cómo tu cerebro procesa la información recibida?

En este caso, el cerebro recibirá la información capturada por tus ojos y la interpretará.

Realizará cálculos basados en la «experiencia» con lo cual va a predecir la trayectoria de la pelota y el tiempo exacto en el que llegará a ti.

Una vez encontrado lo anterior y también a través de la «experiencia», calculará la velocidad y trayectoria que deberá realizar el brazo, mano, muñeca, cintura, etc.

Con esta información en «mente», se mandarán los pulsos eléctricos adecuados a cada musculo involucrado a través del sistema nervioso.

Siguiendo con la misma analogía, tu cerebro sería el PLC, la experiencia que has tenido a lo largo de tu vida capturando pelotas es el programa de PLC y el sistema nervioso sigue siendo el cableado que en esta ocasión uniría al control con las salidas.

Salidas

¿Cómo actuarán tus músculos?

Para cerrar el circulo, los músculos deberán completar la tarea capturando la pelota.

Para lograr lo anterior, cada músculo recibirá la información enviada desde el cerebro y empezará a quemar azúcar de la sangre y de los mismo músculos para completar el movimiento.

Los músculos representan los actuadores, los cuales pueden ser a su vez cilindros neumáticos, robots, motores eléctricos, etc.

El azúcar podría ser aire a presión, corriente eléctrica, potencia hidráulica, etcétera, todo depende del actuador que se esté usando.

¿Cómo se programa un PLC?

Para programar un PLC deberás primero desarrollar el código en una PC para posteriormente descargarlo al PLC mediante una conexión directa o por una red.

La conexión entre la computadora y el PLC puede ser a través de un cable USB, RS-232, RS-485, RS-422, WIFI o Ethernet. Esta conexión permite al programador descargar o cargar los programas, ver el estado del sistema en tiempo real o incluso modificar secciones del programa mientras el sistema esta trabajando.

Según la norma IEC 61131-3, los PLC se pueden programar usando diversos lenguajes de programación. El más utilizado es el Diagrama Escalera (LD), el cual usa contactos y bobinas que simulan el funcionamiento de un diagrama eléctrico.

Tenemos 4 los lenguajes de programación utilizados actualmente para programar PLC; diagrama de función de bloques (FBD), diagrama escalera (LD), texto estructurado (ST) y mapa de funciones secuenciales (SFC).

En el artículo Compuerta AND funcionalidad y ejemplos te compartí un ejemplo para cada uno de los lenguajes de programación utilizados actualmente para programar PLC.

Aunque los fundamentos y conceptos en la programación de PLC son comunes, existe una gran cantidad de estándares de programación diferentes, por lo cual no es fácil migrar el código de una compañía a otra.

Sin embargo, cuando te encuentras programando en una compañía con un estándar automotriz fuerte, el copiar código o incluso, el generar el programa de una celda completa, se hace sumamente sencillo.

El proceso paso a paso de como crear y utilizar un estándar automotriz te lo muestro en mi curso Estandarización Automotriz.

A continuación un ejemplo simple de programación en Diagrama Escalera extraído del curso Introducción al Studio 5000.

En este programa se puede observar la similitud con un diagrama eléctrico, donde en este caso se encienden motores y lamparas de una puerta de garaje eléctrica.

Proceso de escaneo

El escaneo es el proceso cíclico en el cual se actualizan las salidas de un PLC de acuerdo a las entradas y el programa del mismo.

Este ciclo es sumamente rápido y la velocidad a la que se ejecute determina la rapidez con la que puede reaccionar el PLC ante los cambios del sistema.

El proceso de escaneo básico cuenta con tres etapas:

Lectura de entradas

En la primer etapa se leen todas las entradas del PLC y se almacenan en una memoria llamada tabla de imagen de entradas.

Esta tabla de imagen de entradas se mantiene fija durante todo el proceso de escaneo y se actualiza hasta el siguiente ciclo.

Los valores de entrada pueden cambiar durante el escaneo pero la tabla de imagen de entradas no será afectada, esta es una de las razones por la que el ciclo de escaneo se debe mantener bajo.

Ejecución del Programa

Durante la ejecución del programa es donde el PLC lee y ejecuta cada una de las instrucciones del programa linea por linea, de izquierda a derecha, de arriba a abajo.

Orden de escaneo de un programa de PLC
Orden de escaneo de un programa de PLC

Cabe señalar que esta ejecución toma en cuenta la tabla de imagen de entrada como los valores fijos para la ejecución de las instrucciones.

En esta parte es donde el proceso de escaneo consume más tiempo. El tiempo de ejecución dependerá de la velocidad del procesador, el tamaño del programa y la eficiencia del estilo de programación.

En cuanto al estilo de programación, el programador puede valerse de técnicas que agilizan el programa como son las subrutinas, condicionamiento en la ejecución de código, Add On Instructions, etc.

Actualización de Salidas

Una vez ejecutada cada instrucción del programa, el PLC toma los valores resultantes y los copia a las salidas físicas.

Los PLC más modernos suelen ejecutar esta etapa al mismo tiempo que se ejecuta cada linea de código, con lo que se logra un mejor tiempo de reacción ante los cambios del sistema.

Una vez hecha la actualización de las salidas, el proceso de escaneo vuelve a comenzar y así sigue ejecutándose el escaneo de forma continua.

¿Cuándo conviene usar un PLC?

Aunque los PLC son muy versátiles y eficientes, no todos los sistemas automatizados se controlan idealmente con estos dispositivos.

Lo primero que hay que tomar en cuenta es que el costo para desarrollar y mantener el sistema de automatización debe ser alto en relación con el costo total de la automatización.

Un ejemplo de lo anterior es en los sistemas donde se esperan cambios constantes durante su vida operativa.

Otro ejemplo es cuando el sistema es altamente personalizado, entonces el costo del PLC es bajo en comparación con el costo de un diseño específico.

Para tareas simples, de gran volumen y que no se esperan cambios durante su vida operativa, se pueden utilizar técnicas más simples. Por ejemplo para el tiempo en una lavadora se puede usar un temporizador de levas electromecánico y el costo sería de unos cuantos dolares.

Otro ejemplo de lo anterior es un trunnion para soldadura manual. Para lograr el giro del truinion en ambos sentidos, todo lo que necesitas es un control mediante válvulas neumáticas.

Existen tareas donde las capacidades del PLC no son suficientes.Un ejemplo de esto es la industria química, donde comúnmente se requiere la ejecución de algoritmos complejos y por lo tanto un rendimiento más allá de sus capacidades.

¿Cuáles son los diferentes tipos de PLC?

Los PLC se pueden clasificar en relación a su tamaño y capacidades en tres tipos.

PLC Compacto

PLC Compacto

Los PLC de tipo Compacto tienen integrada una fuente de alimentación, la CPU, las entradas y salidas en un mismo cuerpo.

Estos PLC manejan una cantidad reducida de entradas y salidas, las cuales por lo general son digitales.

Cabe señalar que estos modelos vienen pre diseñados y no se pueden expandir.

PLC Modular

PLC Modular

Los PLC modulares se arman de forma personalizada, donde se pueden comprar y ensamblar el CPU, los modulos de entrada, de salida, la fuente de alimentación y los modulos especiales por separado.

La principal ventaja que tienen este tipo de PLC es que pueden ser configurados conforme las necesidades del sistema vallan cambiando.

Conclusiones

Probablemente ahora ya tienes una mejor noción acerca de lo que es un PLC, su clasificación y su funcionalidad.

Una herramienta para el desarrollo de sistemas industriales controlados automáticamente, eso es lo que es un PLC.

Aunque esta herramienta tiene lo último en tecnología y es de lo mas utilizado a nivel mundial para el desarrollo de sistemas autónomos, es necesario desarrollar cierta experiencia para identificar cuando se debe usar y sobre todo, como se debe usar.

Espero te haya sido de gran utilidad este articulo y hayas logrado resolver todas tus dudas acerca de estos fascinantes dispositivos.

Por favor deja un comentario o pregunta acerca de este articulo y no olvides compartir.

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Saludos y que tengas un excelente día.


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ACERCA DE GERMAN MADRID

Programador e instructor de PLC.

Programador e instructor de PLC. Ayudo a estudiantes, técnicos e ingenieros a alcanzar su máximo potencial para así poder aplicar como programador de PLC en la empresa que deseen.

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