En este artículo conocerás todo lo que debes saber sobre un controlador lógico programable, desde sus inicios hasta la actualidad. ¡Anímate a descubrir las ventajas de esta increíble computadora!

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Controlador lógico programable

Un controlador lógico programable, a veces llamado simplemente PLC, por sus siglas en inglés, no es más sino una computadora mediante la cual se automatizan diversos procesos electromecánicos. Incluye una memoria programable donde se almacenan las instrucciones requeridas para la implementación de funciones específicas sobre diversos tipos de máquinas y de procesos.

En la actualidad, los controladores lógico programables son utilizados en diversos tipos de industrias, además de estar presentes en otros sectores como: científico, militar, educación, medicina, tecnología, investigación, bancario, seguridad, y otros. Esto se debe, principalmente, a la evolución del hardware y el software.

Entre las tareas que se puede ejecutar mediante un controlador lógico programable, se pueden mencionar el chequeo de la programación centralizada de cada una de las partes que componen los procesos, la maniobra tanto de las máquinas como de las instalaciones, la automatización de los procesos domésticos, la instalación de controles de seguridad, y muchas otras.

Para conocer más sobre este fascinante tema, te invito a leer el artículo sobre los procesos automatizados. En él encontrarás información relevante sobre su funcionamiento, los requisitos para su implementación, sus ventajas y desventajas.

Historia

El origen de los controladores lógico programables se debe al comienzo de la era de la industrialización. De esta manera, en el año 1960 surgen los primeros sistemas de control que sustituyeron la utilización de relés y contactores, con lo cual fue posible reducir los costos de instalación y mantenimiento de las líneas de producción.

Ocho años más tarde aparecen los primeros controladores programables, compuestos por un sistema de control a través de una computadora. Estos autómatas programables resultaron ser económicos, robustos, flexibles y de fácil modificación. Además de ser capaces de trabajar bajo condiciones adversas, su vida útil era mayor a la de los modelos que le antecedieron.

Posteriormente, en 1970, surgieron los sistemas lógicos digitales, los cuales estaban construidos con microprocesadores o circuitos integrados, siendo capaces de desarrollar tareas específicas, y no de uso general. Adicionalmente, podían intercambiar información entre ellos sin estar cerca de los procesadores.

Casi a finales de la década de 1970 y comienzos del año 1980 se desarrollaron los primeros modelos de controladores lógico programables, los cuales permitían entradas y salidas remotas tanto analógicas como numéricas. Gracias al aumento de su memoria, fue posible la incorporación de funciones de control de posicionamiento y el aumento de las comunicaciones con ordenadores y dispositivos periféricos.

De igual manera, aparecieron lenguajes de programación con mayor potencia y funcionalidad.

Más tarde, a mediados de la década de los 80, se inició la estandarización de las comunicaciones  con la aparición del protocolo MAP. Las dimensiones de los controladores lógicos programables se hicieron más pequeñas y se comenzó a programar mediante computadoras personales.

Por su parte, la década de los años 90 se caracterizó por una reducción gradual de los nuevos protocolos, así como también por la modernización de las capas físicas de los protocolos existentes para la época. El desarrollo de módulos multiprocesadores conllevó a la estandarización de la programación de los controladores lógico programables, a la vez que fue posible la comunicación entre diferentes marcas de controladores y ordenadores.

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Más adelante, a partir del año 2000, se generaron múltiples oportunidades de programación a partir de módulos multiprocesadores. Además, aumentó la disponibilidad de aplicaciones de control, monitoreo y supervisión de tareas, lo cual conllevó a una mayor presencia de fábricas completamente automatizadas.

Los controladores lógico programables aumentaron su capacidad de respuesta y precisión, en un mínimo espacio de ocupación y a un costo razonable. Adicionalmente, resultaron ser de fácil instalación y, contrario a lo que se piensa, requieren menos mantenimiento.

Características

Un controlador lógico programable posee las siguientes características que lo diferencian de las computadoras tradicionales:

  • No posee teclado, pantalla, ratón, ni disco duro, pero cuenta con procesadores, memoria y puertos de comunicación dentro de su hardware.
  • Contiene un software que funge como sistema operativo, denominado Firmware, y una programación específica para la aplicación que utilice.
  • Soporta amplios rangos de temperatura, sin afectar su buen funcionamiento.
  • Es inmune al ruido eléctrico y resistente a las vibraciones y al impacto de las mismas.
  • Los programas de control se guardan en memorias no volátiles o, en su defecto, en baterías de copias de seguridad.
  • Los resultados de salida son, necesariamente, consecuencia de las condiciones de entrada en un determinado y limitado tiempo.

Ventajas

Debido a su amplio campo de aplicación, un controlador lógico programable posee múltiples ventajas. Entre las principales se pueden mencionar las siguientes:

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  • Su diseño permite el entendimiento y procesamiento de múltiples señales de entrada y de salida, provenientes de sensores instalados en las máquinas o procesos que controlan.
  • Permite la realización de trabajos por parte del operador humano de manera ágil y práctica, entre ellos el monitoreo y diagnóstico de condiciones.
  • Gracias a su corto tiempo de reacción ante las condiciones variables que controla, es posible la realización de operaciones en tiempo real.
  • Son equipos de programación flexible, lo cual les permite adaptarse fácilmente a nuevas funciones.
  • Debido a su fácil adaptación a los cambios, se minimizan los costos adicionales inherentes a la elaboración de nuevos proyectos.
  • Es posible la comunicación inmediata con otro tipo de controladores.
  • Permite la conexión en red con varios ordenadores y diversos controladores.
  • Su construcción es estable, lo que los hace resistentes a condiciones extremas, como por ejemplo: humedad, variadas temperaturas, ruidos y vibraciones en general.
  • Su programación es sencilla, pues resulta compatible con lenguajes de programación verdaderamente comprensibles.
  • Disminuye el riesgo de accidentes laborales, relacionados tanto con los elementos humanos como con el entorno próximo del mismo.
  • Requiere poco espacio para su instalación.

Desventajas

Afortunadamente los inconvenientes que presenta la implementación de un controlador lógico programable, son pocos. Los mismos están basados en la necesidad de contar con:

  • Personal calificado para su funcionamiento y control de tareas.
  • Mantenimiento frecuente.
  • Capacitación técnica constante.

Estructura externa

Un controlador lógico programable está conformado por los siguientes elementos externos:

  • Entradas y salidas digitales: Permiten la comunicación entre el controlador lógico programable y las señales y actuadores de una determinada aplicación. A las entradas se conectan interruptores y, en algunos casos sensores. Mientras que en las salidas se ubican lámparas y distintos tipos de bobinas.
  • Fuente de poder: Es la responsable de alimentar al controlador lógico programable, suministrándole los voltajes y corrientes necesarios para su funcionamiento. También se encarga de alimentar a los circuitos auxiliares.
  • Carcasa: Se refiere a la carátula del controlador lógico programable.
  • Control de operario: Físicamente se encuentra ubicado en la carcasa del controlador lógico programable. Su función es permitir o detener la ejecución del programa, mediante la acción del operario humano.
  • Interfaz de programación: También llamada interfaz de comunicación, se encarga de la transferencia del programa, desde el programador de mano hacia el controlador u ordenador personal que contiene el software adecuado.
  • Módulos de expansión: A través de ellos es posible aumentar la cantidad de entradas y salidas del controlador lógico programable, de acuerdo con los requerimientos de la aplicación.

Estructura interna

La estructura interna de un controlador lógico programable se compone de los siguientes elementos electrónicos:

  • Unidad central de proceso: Comúnmente denominada CPU, es la responsable de ejecutar la mayoría de los procesos del sistema derivados de los programas, tanto de configuración como de usuario. Contiene un microprocesador, capaz de realizar las operaciones lógicas y aritméticas requeridas para el procesamiento de los datos.
  • Memoria: Se encarga de almacenar la información del sistema, en forma de datos numéricos dispuestos en código binario. Incluye la memoria de solo lectura y la memoria de lectura – escritura.
  • Puertos: Hacen posible la comunicación del controlador lógico programable con otros dispositivos, entre ellos los de entrada y salida digitales.
  • Módulos: Se refiere a puertos especializados y de mayor sofisticación, que requieren muy poca participación de la unidad central de proceso. Entre ellos están los contadores, temporizadores, generadores modulares por ancho de impulso, conversores análogos – digitales, conversores digitales – análogos, módulos de comunicaciones seriales y los buses de campo.

Funcionamiento general

Un controlador lógico programable funciona de manera cíclica, cumpliendo correlativamente con las instrucciones indicadas en el programa de usuario almacenado en su memoria. De esta manera, su ciclo de funcionamiento consta de las siguientes etapas:

  • Realiza las rutinas propias inherentes al mantenimiento del sistema, como control de la memoria y diagnóstico. Esta parte del ciclo no es perceptible para el usuario.
  • Carga los valores de las entradas digitales, convirtiéndolas en señales binarias o digitales, las cuales son guardadas en los datos de la memoria y enviadas a la unidad central de proceso.
  • Ejecuta el programa de usuario, una vez que cada instrucción ha sido cargada secuencialmente en la memoria. Durante esta fase se generan nuevas salidas.
  • Carga las señales de salida, bien sean binarias, digitales o analógicas, y las envía a la salida de memorias digitales. Estas señales se convierten en las apropiadas para los actuadores.

Sobre este particular, es importante destacar que al finalizar cada una de las etapas el controlador lógico programable inicia un nuevo ciclo. El tiempo que tarda en realizar dicho ciclo de funcionamiento, determina su rapidez y establece para qué aplicación sirve realmente.

Configuración

El sistema de comunicación industrial que utilizan los controladores lógico programables se basa en el modelo Maestro – Esclavo, en el cual el equipo denominado Maestro gobierna los ciclos de comunicación, pudiendo modificar la estructura, los algoritmos, las asignaciones y los ajustes de los otros equipos, llamados Esclavos.

De esta manera, al Esclavo sólo le es permitido responder a los requerimientos del Maestro cuando le corresponda, siendo además el responsable de la ejecución del procesamiento de los datos, de donde obtiene los recursos para cumplir eficientemente con el proceso de transacción.

Clasificación

Existe una variada gama de controladores lógico programables, pero entre los principales destacan los siguientes:

  • PLC compacto: Todos sus componentes se encuentran integrados dentro de un mismo paquete. Cuenta con limitada capacidad para módulos de entrada y salidas digitales, así como para canales de comunicación.
  • PLC modular: Es de mayor potencia y funcionalidad que el PLC compacto, permitiendo el uso de mayor cantidad de entradas / salidas. Además, soporta programas más complejos y posee mayor capacidad de memoria para almacenar datos.
  • PLC de montaje en rack: Posee características similares al PLC modular, pero se diferencia de ellos porque el rack contiene ranuras para los módulos y un sistema de bus integrado, capaz de entablar comunicación entre los diferentes módulos.

Otros tipos de controladores lógico programables son: PLC con panel operador y controlador lógico programable, PLC con ordenador industrial, PLC de tipo de ranura y el PLC de tipo software.

Señales

Un controlador lógico programable recibe y transfiere señales eléctricas, de tipo binario, digital y analógico.

  • Señales binarias: Se refiere a la señal de un bit que contiene únicamente dos valores posibles, 0 y 1. Su activación abre el contacto codificado con el valor lógico 1.
  • Señales digitales: Consiste en una secuencia de señales binarias, las cuales se consideran como una unidad.
  • Señales analógicas: Se trata de valores continuos, es decir, contienen un número infinito de valores.

Recomendaciones

Antes de decidir el tipo de controlador lógico programable que deseamos para una determinada aplicación, es importante tomar en cuenta los siguientes aspectos:

  • Cantidad de entradas y salidas digitales.
  • Número de temporizadores y contadores.
  • Tamaño de memoria disponible.
  • Volatilidad.
  • Protocolos de comunicación.
  • Rapidez de procesamiento de la información.

Conclusiones

  • Un controlador lógico programable es una computadora utilizada para automatizar diferentes tipos de máquinas y procesos.
  • Su principal función es mejorar las condiciones de productividad, eficiencia, precisión y fiabilidad de los sistemas en general.
  • El campo de aplicación de los controladores lógico programables no se limita al sector industrial, estando presentes en casi cualquier área de nuestra vida, incluyendo la doméstica.
  • Los principales tipos de controladores lógico programables que existen, son los compactos, los modulares y los de montaje de rack.
  • La configuración más usada, referente al ciclo de comunicación establecida es la de Maestro – Esclavo.
  • El ciclo de funcionamiento es cíclico y consta de cuatro etapas.