El autómata programable o PLC (controlador lógico programable), está omnipresente en las industrias de procesos y fabricación de hoy en día. Construido inicialmente para reemplazar los sistemas de relés electromecánicos, ofrece una solución más sencilla para modificar el funcionamiento de un sistema de control.
Si estás interesado en aprender sobre los PLC , entonces te invito a leer este artículo para introducirte en el mundo de los autómatas programables, desde su funcionamiento hasta los elementos que lo componen y su programación.
¿Qué es un autómata programable (PLC)?
En sí mismo, un autómata programable o PLC es un sistema de control informático industrial que supervisa continuamente el estado de los dispositivos de entrada y toma decisiones basadas en un programa personalizado para controlar el estado de los dispositivos de salida.
Estos controladores pueden automatizar un proceso específico, una función de la máquina o incluso toda una línea de producción.
Casi cualquier línea de producción, función de la máquina o proceso puede mejorarse en gran medida utilizando este tipo de sistema de control. Sin embargo, el mayor beneficio en el uso de un PLC es la capacidad de cambiar y replicar la operación o el proceso mientras se recoge y se comunica la información vital.
Otra ventaja de un sistema PLC es que es modular. Es decir, puede mezclar y combinar los tipos de dispositivos de entrada y salida para que se adapten mejor a su aplicación.
En definitiva, permiten al usuario añadir una amplia gama de funcionalidades que incluyen control discreto, control analógico, control PID, control de posición, control de motor, comunicación serie y conexión en red de alta velocidad.
En comparación con tecnologías anteriores, el autómata programable es más fácil de corregir, más fiable, más rentable y mucho más versátil.
Cómo funciona un autómata programable o PLC
El autómata programable o PLC recibe información de los sensores o dispositivos de entrada conectados, procesa los datos y activa las salidas basándose en parámetros programados.
Dependiendo de las entradas y salidas, un PLC puede monitorear y registrar datos de tiempo de ejecución como la productividad de la máquina o la temperatura de funcionamiento, iniciar y detener automáticamente los procesos, generar alarmas si una máquina no funciona correctamente, y más.
Los controladores lógicos programables son una solución de control flexible y fijo, adaptable a casi cualquier aplicación.
Cómo se programa un autómata o PLC
Un programa de PLC se instala normalmente en un ordenador y luego se descarga al controlador.
Ladder Logic es el lenguaje de programación tradicional. Imita diagramas de circuito en escalera de lógica leídos de izquierda a derecha. Cada peldaño representa una acción específica controlada por el PLC, partiendo de una entrada o serie de entradas (contactos) que dan como resultado una salida (bobina).
Debido a su naturaleza visual, Ladder Logic puede ser más fácil de implementar que muchos otros lenguajes de programación.
Por otro lado, el Diagrama de Bloques de Funciones (FBD) es otro de los lenguajes de programación oficiales y extensamente utilizado para PLC . Es una forma sencilla y gráfica de programar cualquier función de forma conjunta en un programa de autómatas programables. El diagrama de bloques de funciones es fácil de aprender y ofrece muchas posibilidades.
Algunos fabricantes de PLC suministran software propio de programación para el control de sus dispositivos de marca.
Características de un autómata programable o PLC
La CPU del PLC almacena y procesa los datos del programa, pero los módulos de entrada y salida conectan el PLC con el resto de la máquina; estos módulos de E/S son los que proporcionan información a la CPU y activan resultados específicos.
Las E/S pueden ser analógicas o digitales; los dispositivos de entrada pueden incluir sensores, interruptores y medidores, mientras que las salidas pueden incluir relés, luces, válvulas y variadores. Los usuarios pueden mezclar y combinar las E/S de un PLC para obtener la configuración adecuada para su aplicación.
Además de los dispositivos de entrada y salida, un PLC también puede necesitar conectarse con otros tipos de sistemas; por ejemplo, los usuarios pueden querer exportar los datos de la aplicación registrados por el PLC a un sistema de control de supervisión y adquisición de datos (SCADA), que monitorea múltiples dispositivos conectados.
Los PLC ofrecen una gama de puertos y protocolos de comunicación para asegurar que el autómata pueda comunicarse con estos otros sistemas.
Para poder interactuar con el PLC en tiempo real, los usuarios necesitan una HMI o Interfaz Humano-Máquina. Estas interfaces de operario pueden ser pantallas simples, con lectura de texto y teclado, o grandes pantallas táctiles más parecidas a las de la electrónica de consumo, pero de cualquier manera, permiten a los usuarios revisar e introducir información en el PLC en tiempo real.
¿Cuáles son los componentes de un autómata programable o PLC?
Los controladores programables han crecido en todas las aplicaciones de control industrial debido a la comodidad que ofrecen para su puesta en marcha : facilidad de programación, facilidad de cableado, facilidad de instalación y facilidad de cambio. Los PLC abarcan una amplia gama de tamaños, pero todos contienen seis componentes básicos:
- Unidad central de procesamiento (CPU)
- Rack
- Ensamblaje de entrada;
- Conjunto de salida;
- Fuente de alimentación;
- Unidad de programación, dispositivo o PC/software
A continuación describiré cada uno de ellos para una mayor comprensión de su función dentro del conjunto de un autómata programable.
Ensamblaje del bastidor
La mayoría de los autómatas medianos y grandes se montan de tal manera que los componentes individuales (CPU, entrada/salida, fuente de alimentación) son módulos que se mantienen unidos dentro de un bastidor o carcasa.
En los PLC más pequeños, todos estos componentes pueden estar contenidos en una sola carcasa
Fuente de alimentación
La fuente de alimentación alimenta el PLC. La fuente de alimentación proporciona corriente continua interna para operar los circuitos lógicos del procesador y los ensamblajes de entrada/salida. Los niveles comunes de energía utilizados son 24VDC o 120 VAC.
Procesador (CPU)
El procesador, la unidad central de procesamiento o la CPU es el «cerebro» del PLC. El tamaño y tipo de CPU determinará cosas como: las funciones de programación disponibles, el tamaño de la lógica de la aplicación disponible, la cantidad de memoria disponible y la velocidad de procesamiento.
Ensamblaje de entrada/salida
Las entradas llevan señales del proceso al controlador, pueden ser interruptores de entrada, sensores de presión, entradas de operador, etc. Estos son como los sensores del PLC.
Las salidas son los dispositivos que el PLC utiliza para enviar los cambios al exterior. Estos son los actuadores que el PLC puede cambiar para ajustar o controlar el proceso (motores, luces, relés, bombas, etc.)
Muchos tipos de entradas y salidas se pueden conectar a un PLC, y todas ellas se pueden dividir en dos grandes grupos: analógicas y digitales. Las entradas y salidas digitales son las que funcionan debido a un cambio de valor discreto o binario (on/off, sí/no). Las entradas y salidas analógicas cambian continuamente en un rango variable: presión, temperatura y potencia.
Dispositivo de programación
El PLC se programa utilizando un técnico programador especializado o un software en un ordenador que puede cargar y cambiar la lógica del interior. La mayoría de los autómatas modernos se programan usando un software en un PC u ordenador portátil. Los sistemas más antiguos utilizaban un dispositivo de programación personalizado.
Ventajas de los autómatas programables o PLC
Los PLC no sólo son capaces de realizar las mismas tareas que el control por cable, sino que también son capaces de realizar aplicaciones más complejas. Además, la programación del autómata y las líneas de comunicación electrónica reemplazan muchos de los cables de interconexión requeridos por el control por cable.
Por lo tanto, el cableado, aunque todavía es necesario para conectar los dispositivos de campo, es menos laborioso. Esto también facilita la corrección de errores y la modificación de la aplicación.
Entre sus ventajas adicionales destacan:
- Tamaño físico más pequeño que las soluciones cableadas.
- Más fácil y rápido de hacer cambios.
- Los PLC tienen funciones de diagnóstico y anulación integradas.
¿Cuáles son las funciones y aplicaciones de los PLC?
La funcionalidad del PLC ha evolucionado a lo largo de los años para abarcar el control secuencial de relés, el control de movimiento, el control de procesos, los sistemas de control distribuido y la conexión en red.
Las capacidades de manejo de datos, almacenamiento, procesamiento y comunicación de algunos PLC modernos son aproximadamente equivalentes a las de las ordenadores de sobremesa.
La programación de tipo PLC combinada con el hardware de E/S remoto permite que un ordenador de sobremesa de uso general solape algunos PLC en determinadas aplicaciones.
Los controladores de ordenadores de sobremesa no han sido generalmente aceptados en la industria pesada porque funcionan con sistemas operativos menos estables que los PLC, y porque el hardware de estos ordenadores no está diseñado con 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 una ejecución lógica determinante, con el resultado de que el controlador no siempre puede responder a los cambios de estado de las entradas con la consistencia en la sincronización que se espera de los PLC.
Las aplicaciones de escritorio son utilizadas en situaciones menos críticas, como la automatización de laboratorio y en instalaciones pequeñas donde la aplicación es menos exigente y crítica, ya que generalmente son mucho menos costosas que los PLC:
- Los diagnósticos están disponibles de forma centralizada.
- Las aplicaciones pueden ser actualizadas inmediatamente.
- Las aplicaciones pueden ser duplicadas con facilidad y de forma menos costosa.
