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PLC para un sistema de monitorización en la industria farmacéutica.
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Un controlador lógico programable ( PLC ) o controlador programable es una computadora digital industrial que ha sido reforzada y adaptada para el control de procesos de fabricación, como líneas de ensamblaje , dispositivos robóticos o cualquier actividad que requiera alta confiabilidad, facilidad de programación y proceso. diagnóstico erroneo. Dick Morley es considerado el padre del PLC, ya que inventó el primer PLC, el Modicon 084, para General Motors en 1968.

Los PLC pueden variar desde pequeños dispositivos modulares con decenas de entradas y salidas (E / S) , en una carcasa integral con el procesador, hasta grandes dispositivos modulares montados en bastidor con miles de E / S, y que a menudo están conectados en red a otros PLC y Sistemas SCADA .

Pueden diseñarse para muchas configuraciones de E / S digitales y analógicas, rangos de temperatura extendidos, inmunidad al ruido eléctrico y resistencia a vibraciones e impactos. Los programas para controlar el funcionamiento de la máquina generalmente se almacenan en una memoria no volátil o con respaldo de batería .

Los PLC se desarrollaron por primera vez en la industria de fabricación de automóviles para proporcionar controladores flexibles, resistentes y fácilmente programables para reemplazar los sistemas lógicos de relés cableados . Desde entonces, han sido ampliamente adoptados como controladores de automatización de alta confiabilidad adecuados para entornos hostiles.

Un PLC es un ejemplo de un sistema "duro" en tiempo real , ya que los resultados de salida deben producirse en respuesta a las condiciones de entrada dentro de un tiempo limitado; de lo contrario, se producirá una operación no deseada.

Invención y desarrollo temprano [ editar ]

Los PLC se originaron a fines de la década de 1960 en la industria automotriz de los EE. UU. Y fueron diseñados para reemplazar los sistemas lógicos de relés. [1] Antes, la lógica de control para la fabricación se componía principalmente de relés , temporizadores de levas , secuenciadores de batería y controladores dedicados de bucle cerrado. [2]

La naturaleza cableada hizo que a los ingenieros de diseño les resultara difícil alterar el proceso. Los cambios requerirían un nuevo cableado y una cuidadosa actualización de la documentación. Si incluso un cable estuviera fuera de lugar o un relé fallara, todo el sistema se averiaría. A menudo, los técnicos pasaban horas solucionando problemas examinando los esquemas y comparándolos con el cableado existente. [3] Cuando las computadoras de uso general estuvieron disponibles, pronto se aplicaron a la lógica de control en los procesos industriales. Estas primeras computadoras no eran confiables [4] y requerían programadores especializados y un control estricto de las condiciones de trabajo, como la temperatura, la limpieza y la calidad de la energía. [5]

El PLC proporcionó varias ventajas sobre los sistemas de automatización anteriores. Toleraba el entorno industrial mejor que las computadoras y era más confiable, compacto y requería menos mantenimiento que los sistemas de relés. Se podía ampliar fácilmente con módulos de E / S adicionales, mientras que los sistemas de relés requerían cambios de hardware complicados en caso de reconfiguración. Esto permitió una iteración más sencilla sobre el diseño del proceso de fabricación. Con un lenguaje de programación simple centrado en la lógica y las operaciones de conmutación, era más fácil de usar que las computadoras que usaban lenguajes de programación de propósito general . También permitió monitorear su funcionamiento. [6] [7] Los primeros PLC se programaron en lógica de escalera , que se parecía mucho a un diagrama esquemático derelé de lógica . Esta notación de programa se eligió para reducir las demandas de capacitación de los técnicos existentes. Otros PLC usaban una forma de programación de lista de instrucciones , basada en un solucionador lógico basado en pilas. [8]

Modicon [ editar ]

En 1968, GM Hydramatic (la división de transmisión automática de General Motors ) emitió una solicitud de propuestas para un reemplazo electrónico de los sistemas de relés cableados basada en un documento técnico escrito por el ingeniero Edward R. Clark. La propuesta ganadora provino de Bedford Associates de Bedford, Massachusetts . El resultado fue el primer PLC, construido en 1969, designado como 084, porque era el octogésimo cuarto proyecto de Bedford Associates. [9] [10]

Bedford Associates inició una empresa dedicada al desarrollo, fabricación, venta y servicio de este nuevo producto, al que llamaron Modicon (que significa controlador digital modular). Una de las personas que trabajó en ese proyecto fue Dick Morley , a quien se considera el "padre" del PLC. [11] La marca Modicon se vendió en 1977 a Gould Electronics y más tarde a Schneider Electric , el propietario actual. [10] Aproximadamente al mismo tiempo, Modicon creó Modbus , un protocolo de comunicaciones de datos utilizado con sus PLC. Desde entonces, Modbus se ha convertido en un protocolo abierto estándar que se usa comúnmente para conectar muchos dispositivos eléctricos industriales. [ cita requerida ]

Uno de los primeros modelos 084 construidos está ahora en exhibición en las instalaciones de Schneider Electric en North Andover, Massachusetts . Fue presentado a Modicon por GM , cuando la unidad fue retirada después de casi veinte años de servicio ininterrumpido. Modicon usó el apodo 84 al final de su gama de productos hasta que apareció el 984. [ cita requerida ]

Allen-Bradley [ editar ]

En un desarrollo paralelo, Odo Josef Struger también es conocido como el "padre del controlador lógico programable". [11] Estuvo involucrado en la invención del controlador lógico programable Allen-Bradley [12] [13] [14] y se le atribuye la invención del inicialismo PLC. [11] [12] Allen-Bradley (ahora una marca propiedad de Rockwell Automation ) se convirtió en un importante fabricante de PLC en los Estados Unidos durante su mandato. [15] Struger desempeñó un papel de liderazgo en el desarrollo de estándares de lenguaje de programación de PLC IEC 61131-3 . [11]

Métodos tempranos de programación [ editar ]

Muchos de los primeros PLC no eran capaces de representar gráficamente la lógica, por lo que se representaba como una serie de expresiones lógicas en algún tipo de formato booleano, similar al álgebra booleana . A medida que evolucionaron los terminales de programación, se hizo más común el uso de lógica de escalera, porque era un formato familiar utilizado para paneles de control electromecánicos. Existen formatos más nuevos, como la lógica de estado y el bloque de función (que es similar a la forma en que se representa la lógica cuando se usan circuitos lógicos integrados digitales), pero todavía están [ ¿cuándo? ]no es tan popular como la lógica de escalera. Una razón principal de esto es que los PLC resuelven la lógica en una secuencia predecible y repetitiva, y la lógica de escalera permite que la persona que escribe la lógica vea cualquier problema con la sincronización de la secuencia lógica más fácilmente de lo que sería posible en otros formatos. [dieciséis]

Hasta mediados de la década de 1990, los PLC se programaban utilizando paneles de programación patentados o terminales de programación de propósito especial , que a menudo tenían teclas de función dedicadas que representaban los diversos elementos lógicos de los programas de PLC. [9] Algunos terminales de programación patentados mostraban los elementos de los programas de PLC como símbolos gráficos, pero eran comunes las representaciones de caracteres ASCII simples de contactos, bobinas y cables. Los programas se almacenaron en cartuchos de cinta de casete . Las instalaciones para la impresión y la documentación eran mínimas debido a la falta de capacidad de memoria. Los PLC más antiguos usaban memoria de núcleo magnético no volátil .

Arquitectura [ editar ]

Un PLC es un controlador industrial basado en microprocesador con memoria programable que se utiliza para almacenar instrucciones de programa y varias funciones. [17] Consta de:

  • una unidad de procesamiento (CPU) que interpreta las entradas, ejecuta el programa de control almacenado en la memoria y envía señales de salida,
  • una fuente de alimentación que convierte el voltaje CA en CC,
  • una unidad de memoria que almacena datos de las entradas y el programa a ejecutar por el procesador,
  • una interfaz de entrada y salida, donde el controlador recibe y envía datos desde / hacia dispositivos externos,
  • una interfaz de comunicaciones para recibir y transmitir datos en redes de comunicación desde / hacia PLC remotos. [18]

Los PLC requieren un dispositivo de programación que se utiliza para desarrollar y luego descargar el programa creado en la memoria del controlador. [18]

Los PLC modernos generalmente contienen un sistema operativo en tiempo real , como OS-9 o VxWorks . [19]

Diseño mecánico [ editar ]

PLC compacto de 8 entradas y 4 salidas.
PLC modular con módulo EtherNet / IP , E / S discretas y analógicas, con algunas ranuras vacías.

Hay dos tipos de diseño mecánico para sistemas PLC. Una sola caja o un bloque es un pequeño controlador programable que se adapta a todas las unidades e interfaces en una carcasa compacta, aunque, por lo general, se encuentran disponibles módulos de expansión adicionales para entradas y salidas. El segundo tipo de diseño, un PLC modular , tiene un chasis (también llamado rack ) que proporciona espacio para módulos con diferentes funciones, como fuente de alimentación, procesador, selección de módulos de E / S e interfaces de comunicación, que pueden personalizarse para el aplicación particular. [20]Varios racks pueden ser administrados por un solo procesador y pueden tener miles de entradas y salidas. Se utiliza un enlace de E / S en serie de alta velocidad especial o un método de comunicación comparable para que los racks se puedan distribuir lejos del procesador, lo que reduce los costos de cableado para plantas grandes. También hay opciones disponibles para montar puntos de E / S directamente en la máquina y utilizar cables de desconexión rápida a sensores y válvulas, lo que ahorra tiempo para el cableado y el reemplazo de componentes. [ cita requerida ]

Señales discretas y analógicas [ editar ]

Las señales discretas (digitales) solo pueden tomar un valor de encendido o apagado (1 o 0, verdadero o falso ). Ejemplos de dispositivos que proporcionan una señal discreta incluyen interruptores de límite , sensores fotoeléctricos y codificadores . [21] Las señales discretas son enviados usando ya sea de tensión o de corriente , donde rangos extremos específicos se designan como o n y o ff . Por ejemplo, un controlador puede utilizar entrada de 24 V DC con valores por encima de 22 V DC que representan o n , valores por debajo de 2 V DC que representa o ffy valores intermedios indefinidos. [ cita requerida ]

Las señales analógicas pueden usar voltaje o corriente proporcional al tamaño de la variable monitoreada y pueden tomar cualquier valor dentro de su escala. La presión, la temperatura, el flujo y el peso a menudo se representan mediante señales analógicas. Por lo general, se interpretan como valores enteros con varios rangos de precisión según el dispositivo y la cantidad de bits disponibles para almacenar los datos. [21] Por ejemplo, una entrada de bucle de corriente analógica de 0 a 10 V o 4-20 mA se convertiríaen un valor entero de 0 a 32,767. El PLC tomará este valor y lo trasladará a las unidades deseadas del proceso para que el operador o el programa pueda leerlo. La integración adecuada también incluirá tiempos de filtrado para reducir el ruido, así como límites altos y bajos para informar fallas. Las entradas de corriente son menos sensibles al ruido eléctrico (por ejemplo, de soldadores o arranques de motores eléctricos) que las entradas de voltaje. La distancia desde el dispositivo y el controlador también es una preocupación, ya que la distancia máxima de recorrido de una señal de 0-10 V de buena calidad es muy corta en comparación con la señal de 4-20 mA. [ cita requerida ] La señal de 4-20 mA también puede informar si el cable está desconectado a lo largo de la ruta, ya que una señal de <4 mA indicaría un error.

Redundancia [ editar ]

Algunos procesos especiales deben funcionar de forma permanente con un tiempo de inactividad no deseado mínimo. Por lo tanto, es necesario diseñar un sistema que sea tolerante a fallas y capaz de manejar el proceso con módulos defectuosos. En tales casos, para aumentar la disponibilidad del sistema en caso de falla de un componente de hardware, se pueden agregar CPU redundantes o módulos de E / S con la misma funcionalidad a la configuración de hardware para evitar el apagado total o parcial del proceso debido a una falla de hardware. Otros escenarios de redundancia podrían estar relacionados con procesos críticos para la seguridad, por ejemplo, las prensas hidráulicas grandes podrían requerir que ambos PLC enciendan una salida antes de que la prensa pueda bajar en caso de que una salida no se apague correctamente.

Programación [ editar ]

Ejemplo de lógica de diagrama de escalera

Los controladores lógicos programables están pensados ​​para que los utilicen ingenieros sin experiencia en programación. Por esta razón, se desarrolló por primera vez un lenguaje de programación gráfico llamado diagrama de contactos (LD, LAD). Se asemeja al diagrama esquemático de un sistema construido con relés electromecánicos y fue adoptado por muchos fabricantes y luego estandarizado en el estándar de programación de sistemas de control IEC 61131-3 . A partir de 2015 , todavía se usa ampliamente, gracias a su simplicidad. [22]

A partir de 2015 , la mayoría de los sistemas PLC se adhieren al estándar IEC 61131-3 que define 2 lenguajes de programación textual: texto estructurado (ST; similar a Pascal ) y lista de instrucciones (IL); así como 3 lenguajes gráficos: diagrama de escalera , diagrama de bloques de función (FBD) y diagrama de función secuencial (SFC). [22] [23] La lista de instrucciones (IL) quedó obsoleta en la tercera edición de la norma. [24]

PLCs modernos pueden ser programados en una variedad de maneras, de la lógica de escalera de relés derivado a lenguajes de programación tales como dialectos especialmente adaptadas de BASIC y C . [ cita requerida ]

Si bien los conceptos fundamentales de la programación de PLC son comunes a todos los fabricantes, las diferencias en el direccionamiento de E / S, la organización de la memoria y los conjuntos de instrucciones significan que los programas de PLC nunca son perfectamente intercambiables entre diferentes fabricantes. Incluso dentro de la misma línea de productos de un solo fabricante, es posible que diferentes modelos no sean directamente compatibles. [ cita requerida ]

Dispositivo de programación [ editar ]

Los programas de PLC generalmente se escriben en un dispositivo de programación, que puede tomar la forma de una consola de escritorio, software especial en una computadora personal o un dispositivo de programación de mano. [25] Luego, el programa se descarga al PLC directamente oa través de una red. Se almacena en una memoria flash no volátil o en una RAM con respaldo de batería . En algunos controladores programables, el programa se transfiere desde una computadora personal al PLC a través de una placa de programación que escribe el programa en un chip extraíble, como EPROM .

Los fabricantes desarrollan software de programación para sus controladores. Además de poder programar PLC en varios idiomas, proporcionan características comunes como diagnóstico y mantenimiento de hardware, depuración de software y simulación fuera de línea. [25]

Un programa escrito en una computadora personal o cargado desde un PLC usando software de programación se puede copiar y respaldar fácilmente en un almacenamiento externo. [ cita requerida ]

Simulación [ editar ]

La simulación de PLC es una característica que se encuentra a menudo en el software de programación de PLC. Permite probar y depurar al principio del desarrollo del proyecto.

El PLC programado incorrectamente puede resultar en pérdida de productividad y condiciones peligrosas. Probar el proyecto en simulación mejora su calidad, aumenta el nivel de seguridad asociado con el equipo y puede ahorrar costosos tiempos de inactividad durante la instalación y puesta en marcha de aplicaciones de control automatizado, ya que se pueden probar y probar muchos escenarios antes de activar el sistema. [25] [26]

Funcionalidad [ editar ]

Sistema PLC en rack, de izquierda a derecha: unidad de fuente de alimentación (PSU), CPU, módulo de interfaz (IM) y procesador de comunicación (CP)
Panel de control con PLC (elementos grises en el centro). La unidad consta de elementos separados, de izquierda a derecha; fuente de alimentación , controlador, unidades de relé para entrada y salida

La principal diferencia con la mayoría de los otros dispositivos informáticos es que los PLC están diseñados para, y por lo tanto, tolerantes, en condiciones más severas (como polvo, humedad, calor, frío), mientras que ofrecen una amplia entrada / salida (E / S) para conectar el PLC. a sensores y actuadores . La entrada del PLC puede incluir elementos digitales simples como interruptores de límite , variables analógicas de sensores de proceso (como temperatura y presión) y datos más complejos como los de los sistemas de posicionamiento o visión artificial . [27] La salida del PLC puede incluir elementos como lámparas indicadoras, sirenas, motores eléctricos , cilindros neumáticos o hidráulicos ,relés , solenoides o salidas analógicas . Las disposiciones de entrada / salida pueden integrarse en un PLC simple, o el PLC puede tener módulos de E / S externos conectados a un bus de campo o red informática que se conecta al PLC.

La funcionalidad del PLC ha evolucionado a lo largo de los años para incluir control de relés secuenciales, control de movimiento, control de procesos , sistemas de control distribuido y redes . Las capacidades de manejo, almacenamiento, potencia de procesamiento y comunicación de datos de algunos PLC modernos son aproximadamente equivalentes a las de las computadoras de escritorio.. La programación similar a un PLC combinada con hardware de E / S remotas permite que una computadora de escritorio de uso general se superponga con algunos PLC en ciertas aplicaciones. Los controladores de computadoras de escritorio no han sido generalmente aceptados en la industria pesada porque las computadoras de escritorio funcionan en sistemas operativos menos estables que los PLC, y porque el hardware de las computadoras de escritorio generalmente no está diseñado para los mismos niveles de tolerancia a la temperatura, humedad, vibración y longevidad que los procesadores utilizados en los PLC. Los sistemas operativos como Windows no se prestan a la ejecución lógica determinista, con el resultado de que es posible que el controlador no siempre responda a los cambios de estado de entrada con la coherencia en la temporización que se espera de los PLC. Las aplicaciones lógicas de escritorio encuentran uso en situaciones menos críticas,como la automatización de laboratorio y el uso en pequeñas instalaciones donde la aplicación es menos exigente y crítica.[ cita requerida ]

Funciones básicas [ editar ]

La función más básica de un controlador programable es emular las funciones de los relés electromecánicos. A las entradas discretas se les asigna una dirección única y una instrucción de PLC puede probar si el estado de la entrada está activado o desactivado. Así como una serie de contactos de relé realiza una función lógica Y, no permite que la corriente pase a menos que todos los contactos estén cerrados, así una serie de instrucciones "examinar si está activado" energizará su bit de almacenamiento de salida si todos los bits de entrada están activados. De manera similar, un conjunto paralelo de instrucciones realizará un OR lógico. En un diagrama de cableado de relé electromecánico, un grupo de contactos que controlan una bobina se denomina "peldaño" de un "diagrama de escalera", y este concepto también se utiliza para describir la lógica del PLC. Algunos modelos de PLC limitan el número de instrucciones en serie y en paralelo en un "renglón" de lógica.La salida de cada renglón establece o borra un bit de almacenamiento, que puede estar asociado con una dirección de salida física o que puede ser una "bobina interna" sin conexión física. Tales bobinas internas se pueden utilizar, por ejemplo, como un elemento común en múltiples peldaños separados. A diferencia de los relés físicos, generalmente no hay límite en el número de veces que se puede hacer referencia a una entrada, salida o bobina interna en un programa de PLC.

Algunos PLC imponen un orden de ejecución estricto de izquierda a derecha y de arriba a abajo para evaluar la lógica del renglón. Esto es diferente de los contactos de relé electromecánicos, que, en un circuito suficientemente complejo, pueden pasar corriente de izquierda a derecha o de derecha a izquierda, dependiendo de la configuración de los contactos circundantes. La eliminación de estos "caminos furtivos" es un error o una característica, dependiendo del estilo de programación.

Las instrucciones más avanzadas del PLC pueden implementarse como bloques funcionales, que realizan alguna operación cuando están habilitados por una entrada lógica y que producen salidas para señalar, por ejemplo, finalización o errores, mientras manipulan internamente variables que pueden no corresponder a la lógica discreta.

Comunicación [ editar ]

Los PLC utilizan puertos integrados, como USB , Ethernet , RS-232 , RS-485 o RS-422 para comunicarse con dispositivos externos (sensores, actuadores) y sistemas (software de programación, SCADA , HMI ). La comunicación se realiza a través de varios protocolos de red industrial, como Modbus o EtherNet / IP . Muchos de estos protocolos son específicos del proveedor.

Los PLC utilizados en sistemas de E / S más grandes pueden tener comunicación de igual a igual (P2P) entre procesadores. Esto permite que partes separadas de un proceso complejo tengan control individual al tiempo que permite que los subsistemas se coordinen a través del enlace de comunicación. Estos enlaces de comunicación también se utilizan a menudo para dispositivos HMI como teclados o estaciones de trabajo de tipo PC .

Anteriormente, algunos fabricantes ofrecían módulos de comunicación dedicados como una función adicional donde el procesador no tenía una conexión de red incorporada.

Interfaz de usuario [ editar ]

Ver también: Interfaz de usuario y Lista de temas de interacción persona-computadora
Panel de control con interfaz de usuario PLC para la regulación del oxidante térmico .

Es posible que los PLC deban interactuar con las personas con el fin de realizar la configuración, la generación de informes de alarmas o el control diario. Se emplea una interfaz hombre-máquina (HMI) para este propósito. Las HMI también se conocen como interfaces hombre-máquina (MMI) e interfaces gráficas de usuario (GUI). Un sistema simple puede usar botones y luces para interactuar con el usuario. Se encuentran disponibles pantallas de texto, así como pantallas táctiles gráficas. Los sistemas más complejos utilizan software de programación y monitoreo instalado en una computadora, con el PLC conectado a través de una interfaz de comunicación.

Proceso de un ciclo de escaneo [ editar ]

Un PLC trabaja en un ciclo de exploración de programa, donde ejecuta su programa repetidamente. El ciclo de escaneo más simple consta de 3 pasos:

  1. leer entradas,
  2. ejecutar el programa,
  3. escribir salidas. [28]

El programa sigue la secuencia de instrucciones. Por lo general, el procesador tarda un lapso de tiempo de decenas de milisegundos en evaluar todas las instrucciones y actualizar el estado de todas las salidas. [29] Si el sistema contiene E / S remotas, por ejemplo, un bastidor externo con módulos de E / S, eso introduce una incertidumbre adicional en el tiempo de respuesta del sistema PLC. [28]

A medida que los PLC se hicieron más avanzados, se desarrollaron métodos para cambiar la secuencia de ejecución de la escalera y se implementaron subrutinas. [30] Esta programación mejorada podría usarse para ahorrar tiempo de escaneo para procesos de alta velocidad; por ejemplo, las partes del programa que se utilizan solo para configurar la máquina podrían separarse de las partes necesarias para operar a mayor velocidad. PLC más nuevos ahora [a partir de? ] tienen la opción de ejecutar el programa lógico de forma síncrona con el escaneo de E / S. Esto significa que IO se actualiza en segundo plano y la lógica lee y escribe valores según sea necesario durante el escaneo lógico. [ cita requerida ]

Se pueden utilizar módulos de E / S de propósito especial cuando el tiempo de exploración del PLC es demasiado largo para permitir un rendimiento predecible. Los módulos de temporización de precisión, o módulos contadores para su uso con codificadores de eje , se utilizan cuando el tiempo de exploración sería demasiado largo para contar pulsos de forma fiable o detectar el sentido de rotación de un codificador. Esto permite que incluso un PLC relativamente lento siga interpretando los valores contados para controlar una máquina, ya que la acumulación de pulsos se realiza mediante un módulo dedicado que no se ve afectado por la velocidad de ejecución del programa. [31]

Seguridad [ editar ]

En su libro de 1998, EA Parr señaló que aunque la mayoría de los controladores programables requieren claves físicas y contraseñas, la falta de un estricto control de acceso y sistemas de control de versiones, así como un lenguaje de programación fácil de entender, hacen que sea probable que se realicen cambios no autorizados en los programas. sucederá y pasará desapercibido. [32]

Antes del descubrimiento del gusano informático Stuxnet en junio de 2010, la seguridad de los PLC recibió poca atención. Los controladores programables modernos generalmente contienen sistemas operativos en tiempo real, que pueden ser vulnerables a exploits de manera similar a los sistemas operativos de escritorio, como Microsoft Windows . Los PLC también pueden ser atacados obteniendo el control de una computadora con la que se comunican. [19] Desde 2011 , estas preocupaciones han aumentado a medida que las redes se están volviendo más comunes en el entorno de PLC que conectan las redes de la planta y las redes de oficinas que antes estaban separadas. [33]

En febrero de 2021, Rockwell Automation reveló públicamente una vulnerabilidad crítica que afectaba a su familia de controladores Logix. La clave criptográfica secreta que se usa para verificar la comunicación entre el PLC y la estación de trabajo se puede extraer del software de programación Studio 5000 Logix Designer y se puede usar para cambiar de forma remota el código del programa y la configuración del controlador conectado. La vulnerabilidad recibió una puntuación de gravedad de 10 sobre 10 en la escala de vulnerabilidad CVSS . En el momento de redactar este informe, la mitigación de la vulnerabilidad consistía en limitar el acceso a la red a los dispositivos afectados . [34] [35]

PLC de seguridad [ editar ]

En los últimos años, los PLC de "seguridad" se han vuelto populares, ya sea como modelos independientes o como funcionalidad y hardware con clasificación de seguridad añadidos a las arquitecturas de controladores existentes ( Allen-Bradley Guardlogix, Siemens F-series, etc.). Estos se diferencian de los tipos de PLC convencionales por ser adecuados para aplicaciones críticas para la seguridad para las que los PLC se han complementado tradicionalmente con relés de seguridad cableados y áreas de la memoria dedicadas a las instrucciones de seguridad. El estándar de nivel de seguridad es el SIL . Por ejemplo, un PLC de seguridad podría usarse para controlar el acceso a una celda de robot con acceso con llave atrapada, o quizás para gestionar la respuesta de parada a una parada de emergencia en una línea de producción de transportadores. Dichos PLC normalmente tienen un conjunto de instrucciones regulares restringido aumentado con instrucciones específicas de seguridad diseñadas para interactuar con paradas de emergencia, pantallas de luz, etc. La flexibilidad que ofrecen estos sistemas ha dado lugar a un rápido crecimiento de la demanda de estos controladores.

PLC comparado con otros sistemas de control [ editar ]

PLC instalado en un panel de control
Centro de control con PLC para RTO

Los PLC están bien adaptados a una gama de automatizaciónTareas. Estos son típicamente procesos industriales en la fabricación donde el costo de desarrollar y mantener el sistema de automatización es alto en relación con el costo total de la automatización, y donde se esperarían cambios en el sistema durante su vida operativa. Los PLC contienen dispositivos de entrada y salida compatibles con controles y dispositivos piloto industriales; se requiere poco diseño eléctrico y el problema de diseño se centra en expresar la secuencia deseada de operaciones. Las aplicaciones de PLC suelen ser sistemas altamente personalizados, por lo que el costo de un PLC empaquetado es bajo en comparación con el costo de un diseño de controlador específico construido a medida. Por otro lado, en el caso de bienes producidos en serie, los sistemas de control personalizados son económicos. Esto se debe al menor costo de los componentes, que se pueden elegir de manera óptima en lugar de una solución "genérica",y donde los cargos de ingeniería no recurrentes se distribuyen entre miles o millones de unidades.[ cita requerida ]

Los controladores programables se utilizan ampliamente en el control de movimiento, posicionamiento o par. Algunos fabricantes producen unidades de control de movimiento que se integran con el PLC, de modo que el código G (que involucra una máquina CNC ) se puede utilizar para instruir los movimientos de la máquina. [36] [ cita requerida ]

Controlador integrado / Chip PLC [ editar ]

Nano ACE PLC & Chip PLC para pequeños fabricantes de maquinaria / volúmenes pequeños o medianos.

Para máquinas pequeñas con volumen medio o bajo. PLC que pueden ejecutar lenguajes de PLC como Ladder, Flow-Chart / Grafcet, ... Similar a los PLC tradicionales, pero su pequeño tamaño permite a los desarrolladores diseñarlos en placas de circuito impreso personalizadas como un microcontrolador, sin conocimientos de programación informática, pero con un lenguaje que es fácil de usar, modificar y mantener. Está entre el clásico PLC / Micro-PLC y los microcontroladores.

Temporizadores de levas [ editar ]

Para tareas de automatización fija de gran volumen o muy simples, se utilizan diferentes técnicas. Por ejemplo, un lavavajillas de consumo económico sería controlado por un temporizador de leva electromecánico que cuesta sólo unos pocos dólares en cantidades de producción. [ cita requerida ]

Microcontroladores [ editar ]

Un diseño basado en microcontroladores sería apropiado cuando se producirán cientos o miles de unidades y, por lo tanto, el costo de desarrollo (diseño de fuentes de alimentación, hardware de entrada / salida y pruebas y certificación necesarias) se puede distribuir entre muchas ventas, y donde el final -usuario no necesitaría alterar el control. Las aplicaciones automotrices son un ejemplo; Cada año se fabrican millones de unidades y muy pocos usuarios finales modifican la programación de estos controladores. Sin embargo, algunos vehículos especiales, como los autobuses de tránsito, utilizan de forma económica PLC en lugar de controles de diseño personalizado, porque los volúmenes son bajos y el costo de desarrollo sería antieconómico. [37]

Ordenadores de placa única [ editar ]

El control de procesos muy complejo, como el que se utiliza en la industria química, puede requerir algoritmos y un rendimiento más allá de la capacidad de incluso los PLC de alto rendimiento. Los controles de muy alta velocidad o precisión también pueden requerir soluciones personalizadas; por ejemplo, controles de vuelo de aviones. Se pueden elegir computadoras de placa única que utilizan hardware semipersonalizado o totalmente propietario para aplicaciones de control muy exigentes en las que se puede soportar el alto costo de desarrollo y mantenimiento. Los "Soft PLC" que se ejecutan en computadoras de escritorio pueden interactuar con hardware de E / S industrial mientras ejecutan programas dentro de una versión de sistemas operativos comerciales adaptados para las necesidades de control de procesos. [37]

La creciente popularidad de las computadoras de placa única también ha influido en el desarrollo de los PLC. Los PLC tradicionales son generalmente plataformas cerradas , pero algunos PLC más nuevos (por ejemplo, ctrlX de Bosch Rexroth , PFC200 de Wago , PLCnext de Phoenix Contact y Revolution Pi de Kunbus) proporcionan las características de los PLC tradicionales en una plataforma abierta .

Controladores PID [ editar ]

Los PLC pueden incluir lógica para bucle de control analógico de retroalimentación de una sola variable, un controlador PID . Un lazo PID podría usarse para controlar la temperatura de un proceso de fabricación, por ejemplo. Históricamente, los PLC se configuraban generalmente con solo unos pocos lazos de control analógicos; donde los procesos requirieran cientos o miles de bucles, en su lugar se utilizaría un sistema de control distribuido (DCS). A medida que los PLC se han vuelto más poderosos, el límite entre las aplicaciones DCS y PLC se ha desdibujado. [ cita requerida ]

Relés lógicos programables (PLR) [ editar ]

En años más recientes, [ ¿cuándo? ]Los pequeños productos llamados relés lógicos programables (PLR) o relés inteligentes se han vuelto más comunes y aceptados. Estos son similares a los PLC y se utilizan en la industria ligera donde solo se necesitan unos pocos puntos de E / S y se desea un bajo costo. Estos pequeños dispositivos suelen ser fabricados en un tamaño y forma físicos comunes por varios fabricantes y con la marca de los fabricantes de PLC más grandes para completar su gama de productos de gama baja. La mayoría de estos tienen de 8 a 12 entradas discretas, de 4 a 8 salidas discretas y hasta 2 entradas analógicas. La mayoría de estos dispositivos incluyen una pequeña pantalla LCD del tamaño de un sello postal para ver la lógica de escalera simplificada (solo una pequeña parte del programa es visible en un momento dado) y el estado de los puntos de E / S, y normalmente estas pantallas van acompañadas de una Pulsador basculante de 4 direcciones más cuatro pulsadores separados más,similar a los botones clave del control remoto de una videograbadora, y se utiliza para navegar y editar la lógica. La mayoría tiene un enchufe pequeño para conectarse a través de RS-232 o RS-485 a una computadora personal para que los programadores puedan usar aplicaciones simples en sistemas operativos de propósito general como MS Windows, MacOS oGNU / Linux , que tienen interfaces de usuario (G) fáciles de usar, para programar en lugar de verse obligado a usar la pequeña pantalla LCD y el conjunto de botones para este propósito. A diferencia de los PLC normales que suelen ser modulares y muy ampliables, los PLR normalmente no son modulares ni ampliables, pero su precio puede ser dos órdenes de magnitud menor que el de un PLC, y aún ofrecen un diseño robusto y una ejecución determinista de las lógicas.

Una variante de PLC que se utiliza en ubicaciones remotas es la unidad terminal remota o RTU. Una RTU es típicamente un PLC reforzado de baja potencia cuya función clave es administrar los enlaces de comunicaciones entre el sitio y el sistema de control central (típicamente SCADA ) o en algunos sistemas modernos, "La Nube". A diferencia de la automatización de fábrica que utiliza Ethernet de alta velocidad , los enlaces de comunicaciones a sitios remotos suelen estar basados ​​en radio y son menos fiables. Para tener en cuenta la fiabilidad reducida, RTU almacenará mensajes en búfer o cambiará a rutas de comunicación alternativas. Al almacenar mensajes en búfer, la RTU marcará la hora de cada mensaje para que se pueda reconstruir un historial completo de los eventos del sitio. Las RTU, al ser PLC, tienen una amplia gama de E / S y son totalmente programables, normalmente con idiomas delEstándar IEC 61131-3 que es común a muchos PLC, RTU y DCS. En ubicaciones remotas, es común usar una RTU como puerta de enlace para un PLC, donde el PLC realiza todo el control del sitio y la RTU administra las comunicaciones, marca de tiempo los eventos y monitorea los equipos auxiliares. En sitios con solo un puñado de E / S, la RTU también puede ser el PLC del sitio y realizará funciones de comunicación y control.

Ver también [ editar ]

  • Sistemas de control industrial
  • Sistemas de seguridad industrial
  • Técnico de PLC
  • Arquitectura de 1 bit

Referencias [ editar ]

  1. ^ Parr 1998 , p. 438
  2. ^ Wayand, Ben. www.mroelectric.com . MRO Electric https://www.mroelectric.com/blog/what-is-a-plc/ . Consultado el 11 de mayo de 2021 . Falta o vacío |title=( ayuda )
  3. ^ "Conceptos básicos de programación de PLC, parte I" . Sistemas de control y automatización . 2019-07-23 . Consultado el 23 de febrero de 2020 .
  4. ^ Laughton y Warne 2002 , p. 16/3: "La primera aplicación informática industrial fue probablemente un sistema instalado en una refinería de petróleo en Port Arthur, EE. UU. En 1959. La confiabilidad y el tiempo medio entre fallas de las computadoras significó que se realizó poco control real".
  5. ^ Parr 1998 , p. 437
  6. ^ Bolton , 2015 , p. 6
  7. ^ Parr 1998 , págs. 438, 450–451
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Bibliografía [ editar ]

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  • Parr, EA (1998). "Informática y control industrial". Manual de control industrial . Industrial Press Inc. ISBN 0-8311-3085-7 - a través de Google Books.
  • Laughton, MA; Warne, DF (2002). Libro de consulta del ingeniero eléctrico (16ª ed.). Newnes. ISBN 9780750646376 - a través de Google Books.

Lectura adicional [ editar ]

  • Daniel Kandray, Tecnologías de automatización programable , Prensa industrial, 2010 ISBN 978-0-8311-3346-7 , Capítulo 8 Introducción a los controladores lógicos programables 
  • Walker, Mark John (8 de septiembre de 2012). El controlador lógico programable: su prehistoria, surgimiento y aplicación (PDF) (tesis doctoral). Departamento de Comunicación y Sistemas Facultad de Matemáticas, Computación y Tecnología: La Universidad Abierta . Archivado (PDF) desde el original el 20 de junio de 2018 . Consultado el 20 de junio de 2018 .