Autómatas programables (PLCs)

Los Controladores Lógicos Programables o PLC (Programmable Logic Controller en sus siglas en inglés) son dispositivos electrónicos muy usados en Automatización Industrial.

Su historia se remonta a finales de la década de 1960, cuando la industria buscó en las nuevas tecnologías electrónicas una solución más eficiente para reemplazar los sistemas de control basados en circuitos eléctricos con relés, interruptores y otros componentes comúnmente utilizados para el control de los sistemas de lógica combinacional.

Hoy en día, los PLC no sólo controlan la lógica de funcionamiento de máquinas, plantas y procesos industriales, sino que también pueden realizar operaciones aritméticas, manejar señales analógicas para realizar estrategias de control, tales como controladores proporcional integral derivativo (PID).

Los PLC actuales pueden comunicarse con otros controladores y computadoras en redes de área local, y son una parte fundamental de los modernos sistemas de control distribuido.

Existen varios lenguajes de programación, tradicionalmente los más utilizados son el diagrama de escalera LADDER, lista de instrucciones y programación por estados, aunque se han incorporado lenguajes más intuitivos que permiten implementar algoritmos complejos mediante simples diagramas de flujo más fáciles de interpretar y mantener (ver IEC 61131-3: Lenguajes de programación).

En la programación se pueden incluir diferentes tipos de operandos, desde los más simples como lógica booleana, contadores, temporizadores, contactos, bobinas y operadores matemáticos, hasta operaciones más complejas como manejo de tablas (recetas), punteros, algoritmos PID y funciones de comunicación multiprotocolos que le permitirían interconectarse con otros dispositivos.

Historia

El PLC fue inventado en respuesta a las necesidades de la industria automotriz Norteamericana. Antes del PLC, el control, las secuencias, y los permisos en la lógica para la manufactura de automóviles era realizada utilizando relés, temporizadores, y controladores dedicados de lazo cerrado. El proceso para actualizar dichas instalaciones para la industria cambiante año con año era muy costosa y consumía mucho tiempo y recursos y tenían que ser recableados por electricistas especializados. En 1968 GM Hydramatic (la división de transmisiones automáticas de General Motors) realizó un requerimiento para una propuesta para un reemplazo electrónico para los sistemas cableados.

La propuesta ganadora vino de Bedford Asociados de Boston, Masachusets. El primer PLC fue designado como 084, debido a que fue el proyecto ochenta y cuatro de Bedford Asociados. Bedford Asociados inició una nueva compañía dedicada al desarrollo, manufactura, venta y servicio para este nuevo producto: Modicon (MOdular DIgital CONtroller o Controlador Digital Modular). Una de las personas que trabajo en ese proyecto fue Dick Morley, que es considerado como "padre" del PLC. La marca Modicon fue vendida en 1977 a Gould Electronics, y posteriormente adquirida por la compañía Alemana AEG y más tarde por Schneider Electric, el actual dueño.

Uno de los primeros modelos 084 que se construyeron se encuentra exhibido en el centro corporativo de Modicon en el Norte de Andover, Masachusets. Fue regalado a Modicon por GM, cuando la unidad fue retirada tras casi veinte años de servicio ininterrumpido.

La industria automotriz es todavía una de las más grandes usuarias de PLCs, y Modicon todavía numera algunos de sus modelos de controladores con la terminación ochenta y cuatro. Los PLCs son utilizados en muchas diferentes industrias y maquinas tales como maquinas de empacado y de semiconductores. Algunas marcas con alto prestigio son ABB Ltd., Koyo, Honeywell, Siemens, Schneider Electric, Omron, Rockwell (Allen-Bradley), General Electric, Tesco Controls, Panasonic (Matsushita), y Mitsubishi.

PLC en comparación con otros sistemas de control

Los PLCs están bien adaptados para un amplio rango de tareas de automatización. Estos son típicamente procesos industriales en la manufactura donde el costo de desarrollo y mantenimiento de un sistema de automatización es relativamente alto contra el costo de la automatización, y donde existirán cambios al sistema durante toda su vida operacional. Los PLCs contienen todo lo necesario para manejar altas cargas de potencia; se requiere poco diseño eléctrico y el problema de diseño se centra en expresar las operaciones y secuencias en la lógica de escalera (o diagramas de funciones). Las aplicaciones de PLC son típicamente sistemas a la medida, por lo que el costo del PLC es bajo comparado con el costo de la contratación del diseñador para un diseño específico de una sola vez. Por otro lado, en caso de productos de alta producción, los sistemas de control a la medida rápidamente se pagan por si solos debido a los ahorros en los componentes, lo cual puede ser elegido de manera óptima en vez de una solución "genérica".

Sin embargo, debe ser notado que algunos PLCs ya no tienen un precio alto. Los PLCs actuales tienen capacidades completas por algunos cientos de dólares.

Para un alto volumen o una simple tarea de automatización se pueden utilizar diferentes técnicas. Por ejemplo, una lavadora de uso doméstico puede ser controlada por un temporizador electromecánico costando algunos cuantos dólares en cantidades de producción.

Un diseño basado en un microcontrolador puede ser apropiado donde cientos o miles de unidades pueden ser producidas y entonces el costo de desarrollo (diseño de fuentes de potencia y equipo de entradas y salidas) puede ser dividido sobre muchas ventas, donde el usuario final no tiene necesidad de alterar el control. Aplicaciones automotrices son un ejemplo, millones de unidades son vendidas cada año, y pocos usuarios finales alteran la programación de estos controladores. (Sin embargo, algunos vehículos especiales como son camiones de pasajeros para tránsito urbano utilizan PLCs en vez de controladores de diseño propio, debido a que los volúmenes son bajo y el desarrollo no sería económico.)

Algunos procesos de control complejos, como los que son utilizados en la industria química, pueden requerir algoritmos y desempeño más allá de la capacidad de PLCs de alto desempeño. Controladores de alta velocidad también requieren de soluciones a la medida; por ejemplo, controles para vuelo de aviones (Ver PAC Programmable Automation Controller (en inglés)).

IEC 61131 (ver TC1: Standard)

En la actualidad aún siguen persistiendo sistemas de control específicos del fabricante, con programación dependiente y conexión compleja entre distintos sistemas de control. Esto significa para el usuario costos elevados, escasa flexibilidad y falta de normalización en las soluciones al control industrial.
IEC 61131 es el primer paso en la estandarización de los autómatas programables y sus periféricos, incluyendo los lenguajes de programación que se deben utilizar. Esta norma se divide en ocho partes:

Parte 1: Vista general. Definiciones.
Parte 2: Hardware.
Parte 3: Lenguaje de programación.
Parte 4: Guías de usuario.
Parte 5: Comunicación.
Parte 6: (reservado para uso futuro).
Parte 7: Lógica Difusa.
Parte 8: Guía para la implementación y aplicación de lenguajes de programación.