Guía de PLC (Controladores lógicos programables)

Los controladores lógicos programables o PLC (Programmable Logic Controller) están diseñados para supervisar y regular los procesos de fabricación y las máquinas industriales mediante tecnología de automatización. Pueden funcionar como sistemas autónomos para optimizar los procesos de manera inteligente e independiente.

¿Qué es entonces un PLC? Un PLC es básicamente un sistema electrónico que tiene memoria programable. Esta memoria no volátil se utiliza para guardar instrucciones de control que permiten al dispositivo ejecutar determinadas funciones según la información que va llegando al controlador. La interpretación del entorno de las máquinas y procesos se hace mediante módulos de entradas y salidas digitales y analógicas.

Gracias a su gran flexibilidad, los controladores lógicos programables se utilizan cada vez con más frecuencia en numerosos ámbitos de la industria. La finalidad original de estas soluciones de computación industriales era sustituir a los sistemas de relés electromecánicos, y así sigue siendo en algunos casos.

El uso de los PLC se ha extendido tanto que, hoy en día, podemos encontrarlos tanto en aplicaciones industriales como en el entorno doméstico. Los PLC desempeñan habitualmente tareas de automatización de procesos industriales. El uso de estos componentes está generalizado en fabricación, alimentación y bebidas y control de edificios.

¿Qué hace un PLC? Ejemplos típicos de uso de PLC en la automatización industrial:

• Plantas de producción.
• Control de semáforos.
• Maquinaria de embalaje.
• Ascensores y escaleras mecánicas.
• Aplicaciones médicas.
• Sistemas de acceso automáticos.
• Sistemas de control de calefacción.

Programación

Hay distintos modelos PLC aptos para diversos lenguajes de programación. Las opciones habituales incluyen:

• ST: Texto estructurado (basado en texto).
• FBD: Diagrama de bloques de funciones (basado en gráficos).
• LAD: Diagrama de tipo escalera (basado en gráficos).
• STL: Lista de instrucciones (basado en texto).
• SCL: Lenguaje de control estructurado (basado en gráficos).

Si desconoce el mundo de los lenguajes lógicos y de programación, existen numerosos cursos y tutoriales sobre programación de PLC. Una opción muy popular entre los principiantes es FBD, que funciona al arrastrar y soltar; además, ayuda a entender fácilmente el comportamiento de entrada/salida (E/S).

Para comprender y mejorar los procesos también pueden ser útiles los lenguajes gráficos, como los diagramas de tipo escalera. Por ejemplo, un diagrama en escalera sencillo e intuitivo puede resultar de gran ayuda. En cambio, el SCL suele satisfacer requisitos de programación más complejos y exigentes.

También conviene señalar que, aunque lo habitual sea utilizar un ordenador y software, algunos modelos más antiguos pueden usarse con programadores manuales.

Software de PLC

El controlador se programa mediante un software en el ordenador o a través de un panel de control conectado. Una vez la asignación de las entradas y salidas y la programación terminada, se carga el programa en el controlador. El PLC gestiona el funcionamiento en sí, con independencia del ordenador y de forma autónoma, porque los controladores tienen su propia fuente de alimentación.

El software de un controlador lógico programable puede categorizarse como:

• Orientados en ciclos, que siguen el principio básico del proceso de datos con entrada, procesamiento y salida. El estado de las entradas es consultado al inicio del ciclo y tratado por el programa del usuario. El proceso vuelve a comenzar después de transferir las señales de control a las salidas.
• Cíclicos con interrupción, que se programan para ejecutar un bucle de programa adicional adaptado a una situación distinta si cambia el estado del sensor conectado. El programa principal continuará una vez completado el bucle adicional.
• Controlados por sucesos, que están diseñados para procesar tareas preprogramadas específicas a raíz de un cambio de estado de los sensores conectados.

Cabe señalar que el software de programación de PLC no está estandarizado, sino que es específico del fabricante y a veces también del modelo. Esto también puede conllevar el uso de alternativas distintas a los cables serie comunes al determinar los accesorios necesarios para el PLC.

Hardware de PLC

Un dispositivo PLC es principalmente una estación base con entradas y salidas. La versión básica consta de un procesador en el conjunto central, entradas y salidas de señales, la interfaz y un sistema operativo.

Según la complejidad del modelo, los controladores pueden tener un número variable de entradas y salidas analógicas o digitales, que se comunican con el sistema o la máquina mediante sensores y actuadores. Por ejemplo, los sensores de temperatura, nivel o presión supervisan las funciones de la máquina en las entradas. A continuación, el sistema operativo evalúa la información recopilada y la compara con parámetros de programación definidos por el usuario antes de enviar las señales de control correspondientes a las salidas.

También pueden variar los actuadores que regulan las funciones, que pueden ser:

• Válvulas eléctricas, que se usan con aire comprimido y sistemas hidráulicos.
• Contactores, que sirven para conmutar los motores eléctricos.
• Módulos de control de unidades.

Asimismo, una de las principales ventajas de los PLC son sus prestaciones de interconexión de sistemas con otros dispositivos. Incluso los modelos más antiguos se pueden conectar a los dispositivos nuevos mediante cables, conectores y adaptadores adecuados.

La mayoría de los controladores pueden conectarse a un ordenador mediante un cable serie. Para ello son adecuados los servidores de dispositivos serie, y también es posible conectar componentes serie convencionales a través de una LAN. Además, se usan convertidores de medios Ethernet para proporcionar compatibilidad y conectar distintos medios de transmisión. Son frecuentes las interfaces RS-232 y RS-485 con conectores DB-9 y DB-25.

Un autómata programable resulta más eficiente si se complementa con los equipos apropiados y puede ampliarse con dispositivos a través de la interfaz. También es posible incluir otros módulos complementarios con E/S adicional en caso necesario. Otros componentes de hardware de PLC son:

• HMI (interfaces hombre-máquina):
  • Paneles táctiles (para visualizar, utilizar y diagnosticar máquinas y sistemas).
  • Pantallas y monitores (para ver directamente los datos operativos).
• Módulos de comunicación (como MODBUS).
• Carriles DIN (para optimizar el montaje).
• Gateways (conexión en red IIoT inteligente).

Hay disponible una gran variedad de controladores PLC, cada uno de ellos idóneo para diferentes fines y aplicaciones. Como, por ejemplo:

• Siemens LOGO!: modelos pequeños con baja capacidad de E/S.
• Siemens S7-1200: sistemas modulares grandes.

Los controladores lógicos programables pueden clasificarse de muchas formas distintas. Hay innumerables variedades, cada una con funciones, características y prestaciones exclusivas.

Según su estructura y funcionalidad, hay una distinción nítida entre PLC por hardware y por software. Los PLC clásicos o por hardware están basados en hardware. Son de uso general y suelen tener solo las funciones de control más importantes, aunque es posible ampliarlos con módulos adicionales.

Por su parte, los controladores lógicos programables por software se basan el control mediante software, y tienen su propio sistema operativo. Sin embargo, carecen de unidad central de proceso (CPU) propia y en su lugar utilizan el procesador del ordenador. Por consiguiente, deben compartir el procesador con el sistema operativo del ordenador (y seguramente con otras aplicaciones), lo que puede reducir el rendimiento con cargas de trabajo elevadas.

Otros tipos son los PLC compactos y de ranura. En un PLC compacto, todos los componentes se encuentran en una única placa de circuito dentro de una misma carcasa. Un controlador de ranura se utiliza directamente como una tarjeta PCI conectable y está indicado para tareas específicas, como almacenar datos de producción. Con estos controles, el ordenador digital está concebido para sustituir al hardware del PLC.

Sin embargo, a diferencia de un PLC por software, los de tipo ranura tienen un coprocesador y su propio sistema operativo, lo que les permite ejecutar tareas sin depender del procesador del ordenador. Las conexiones integradas proporcionan acceso a sensores y actuadores descentralizados.

PLC por hardware	PLC por software	PLC compacto	PLC de ranura
Solución de hardware de PLC con las funciones más importantes	Solución de software de PLC	Dimensiones reducidas	Tamaño compacto
Funciones ampliables en caso necesario	Fácil de usar	Económico	Fuente de alimentación propia incorporada
Tiempo de inicio rápido	Arranque lento	Ideal para tareas de menor envergadura	Comunicación simplificada entre controlador y PC
Buen comportamiento en tiempo real	Riesgo de inestabilidad con cargas altas