La automatización industrial comenzó mucho antes que los PLC. A principios y mediados de 1900, la automatización generalmente se realizaba utilizando circuitos de relé electromecánicos complicados. Sin embargo, la cantidad de relés, cables y espacio necesarios para crear incluso una automatización simple era problemática. ¡Podrían ser necesarios miles de relés para automatizar un proceso simple de fábrica! ¿Y si algo en el circuito lógico necesita ser cambiado? ¡Oh chico!
NOTA: En un nivel básico, los relés electromecánicos funcionan abriendo o cerrando magnéticamente sus contactos eléctricos cuando la bobina del relé está energizada. Son dispositivos muy útiles y todavía juegan un papel importante en la automatización industrial (para una lección más detallada sobre los relés electromecánicos, consulte esta publicación ).
En 1968, apareció el primer controlador lógico programable para reemplazar los complicados circuitos de relés en plantas industriales. El PLC fue diseñado para ser fácilmente programable por ingenieros y técnicos de planta que ya estaban familiarizados con la lógica del relé y los esquemas de control. Desde el comienzo, los PLC han sido programables utilizando lógica de escalera diseñada para imitar los esquemas de los circuitos de control. Los diagramas de escalera se ven como circuitos de control donde la energía fluye de izquierda a derecha a través de contactos cerrados para energizar una bobina de relé.
Como puede ver, la lógica de escalera se ve como simples esquemas de circuitos de control donde las fuentes de entrada como interruptores, botones, sensores de proximidad, etc. se muestran a la izquierda y las fuentes de salida se muestran a la derecha. La capacidad de programar procesos automatizados complicados con una interfaz intuitiva como la lógica de escalera hizo que la transición de la lógica de relé a los PLC fuera mucho más simple para muchos en la industria.
Aunque, los primeros PLC tenían capacidades muy limitadas de memoria y velocidad, mejoraron rápidamente con los años. La presencia de PLC ayudó a simplificar el diseño y la implementación de la automatización industrial. Para obtener más información sobre la historia de los PLC, consulte este pequeño artículo de AutomationDirect aquí .
Los PLC se pueden describir como pequeñas computadoras industriales con componentes modulares diseñados para automatizar procesos de control. Los PLC son los controladores detrás de casi toda la automatización industrial moderna. Hay muchos componentes en un PLC, pero la mayoría de ellos se pueden clasificar en las siguientes tres categorías:
Procesador (CPU)
Entradas
Salidas
Los PLC son computadoras complejas y potentes. Pero, podemos describir la función de un PLC en términos simples. El PLC toma entradas, realiza la lógica en las entradas de la CPU y luego enciende o apaga las salidas en función de esa lógica. Entraremos en más detalles más adelante, pero por ahora, piénselo de esta manera:
La CPU monitorea el estado de las entradas (ej. Encendido, sensor de proximidad apagado, válvula abierta al 40%, etc.)
La CPU toma la información que obtiene de las entradas, realiza la lógica en las entradas.
La CPU opera la lógica de las salidas (por ejemplo, apague el motor, abra la válvula, etc.)
Consulte el diagrama de flujo a continuación para obtener una representación visual de los pasos anteriores.
Diagrama de flujo de funciones de PLC Usemos
un ejemplo familiar para ilustrar cómo funcionan los PLC. Tu lavavajillas. Muchos lavavajillas tienen microprocesadores que funcionan de manera similar a los PLC. El lavavajillas tiene entradas, salidas y, por supuesto, una CPU. Algunas de las entradas en el controlador del lavavajillas serían los botones en la parte delantera, los sensores de agua y el interruptor de la puerta. Algunas de las salidas del lavavajillas serían las válvulas de agua, los elementos de calor y las bombas. Ahora pensemos en cómo el lavavajillas usa esos diferentes componentes.
NOTA: Recuerde, la CPU es el procesador en el lavavajillas que está programado para tomar todas las decisiones que veremos a continuación. Esto es como un procesador PLC (CPU) que toma decisiones lógicas basadas en el estado de entrada.
El usuario presiona el botón de modo de ciclo (entrada detectada)
El usuario presiona el botón de inicio (entrada detectada)
La CPU verifica que la puerta esté cerrada (entrada detectada)
La válvula de llenado se abre y el lavavajillas comienza a llenarse de agua (salida activada)
La CPU espera hasta alcanzar el nivel de agua adecuado (entrada detectada)
La válvula de llenado se cierra y el flujo de agua se detiene (salida activada / desactivada)
El elemento calefactor está encendido (salida activada)
La CPU espera hasta alcanzar la temperatura adecuada del agua (entrada detectada)
Se abre el dispensador de jabón (salida activada)
La bomba de agua se enciende para forzar el agua a través de los pulverizadores (salida activada)
La CPU comienza a cronometrar según el tipo de ciclo (temporizador lógico activado)
La bomba de agua se apaga (salida desactivada)
El elemento calefactor está apagado (salida desactivada)
La válvula de drenaje se abre y el lavavajillas comienza a drenar el agua sucia (salida activada)
La CPU espera hasta que detecta que el nivel del agua es lo suficientemente bajo (entrada activada / desactivada)
La válvula de drenaje se cierra (salida activada / desactivada)
La válvula de llenado se abre nuevamente para enjuagar los platos (salida activada)
La bomba de agua se enciende para forzar el agua a través de los pulverizadores (salida activada)
La CPU comienza a cronometrar (temporizador lógico activado)
La bomba de agua se apaga (salida desactivada)
La válvula de drenaje se abre y el lavavajillas comienza a drenar el agua de enjuague (salida activada)
La CPU espera hasta que detecta que el nivel del agua es lo suficientemente bajo (entrada activada / desactivada)
La válvula de drenaje se cierra (salida activada / desactivada)
El elemento calefactor se enciende para calentar el aire dentro del lavavajillas y secar los platos (salida activada)
La CPU espera hasta alcanzar la temperatura interior adecuada (entrada activada)
La CPU comienza a cronometrar (temporizador lógico activado)
El elemento calefactor está apagado (salida activada / desactivada)
Las entradas y salidas a menudo se abrevian con el término "E / S". En el ejemplo anterior del lavavajillas, tratamos cada entrada y salida como una señal discreta o digital. Las señales discretas son señales que solo pueden activarse o desactivarse. Estos son el tipo más simple y más común de E / S. En nuestro ejemplo, no utilizamos ninguna E / S analógica. Aunque puede haber algún uso de E / S analógicas dentro de un sistema de control de lavavajillas, quería mantener este ejemplo simple. Con señales analógicas, en lugar de solo posibilidades de encendido / apagado o abierto / cerrado, puede tener 0 - 100%, 4 - 20mA, 0 - 100 grados Celsius, o lo que sea que esté midiendo como entrada o conduciendo como salida. Cubriremos esto con más detalle en la parte 3 de esta serie. PLC o PAC?
Es posible que haya oído hablar del controlador de automatización programable (PAC). El término fue acuñado por primera vez por la firma de investigación de mercado ARC en 2001 para diferenciar los PLC originales de los controladores más nuevos, más potentes y más flexibles que ingresaban al mercado. Existe desacuerdo sobre las diferencias de definición entre PAC y PLC, y a menudo los términos se usan indistintamente en la industria. A menudo uso los términos indistintamente. Este artículo, aquí, de Control Engineering, puede ayudarlo a comprender las diferencias entre PLC y PAC. En mi opinión, los PAC son siempre la mejor opción, a menos que el sistema sea muy simple y que minimizar el costo del proyecto sea vital. La interfaz de usuario moderna, la potencia adicional y la memoria de la mayoría de los PAC los hacen fácilmente superiores a la mayoría de los PLC.
Allen-Bradley, uno de los líderes actuales en automatización industrial, en realidad está eliminando gradualmente sus líneas de PLC como el PLC-5 y en su lugar se está enfocando en sus líneas de PAC como ControlLogix y CompactLogix . Personalmente, creo que este es un gran movimiento. Entre los muchos otros beneficios del PAC, la facilidad de uso del RSLogix 5000 / Studio 5000 Logix Designer de Rockwell (software de programación para los PAC ControlLogix / CompactLogix) supera con creces el RSLogix 5/500 anteriorsoftware (software de programación para PLC-5 y SLC500). Tener experiencia con PLC y PAC es importante para todos los interesados en trabajar con la automatización industrial. Sin embargo, los PAC son el futuro y donde pasará la mayor parte de su tiempo como ingeniero / técnico de automatización industrial.