Controlador lógico programable explicado: cómo funcionan los PLC y cómo elegirlos

Si ingresa a casi cualquier planta de producción, encontrará un dispositivo que toma cientos de pequeñas decisiones cada segundo, generalmente sin que nadie lo mire. El controlador lógico programable, o PLC, lee lo que está haciendo la máquina, decide qué debe suceder a continuación y ordena a los variadores, válvulas y contactores que actúen. Es un trabajo poco glamoroso y es la razón por la que la línea sigue funcionando durante el turno de noche.

Hemos estado fabricando productos de automatización industrial desde 2007 y hemos asistido a muchas reuniones de selección sobre este tema exacto. Esta guía está escrita desde ese lado práctico: qué hace realmente un PLC, cómo encaja con todo lo demás en el gabinete y qué vale la pena verificar antes de aprobar una lista de materiales.

Qué hace realmente un controlador lógico programable

Un PLC es una computadora industrial construida para un trabajo: ejecutar un programa de control de manera confiable, en tiempo real, en un ambiente con calor, vibración y ruido eléctrico. No tiene un ventilador giratorio que se pueda obstruir con polvo, sobrevive a caídas de voltaje que apagarían una máquina de escritorio y arranca directamente en modo de ejecución sin pantalla de inicio de sesión en el camino.

Tres ideas la separan de la informática de propósito general:

• Comportamiento determinista. El programa se repite en un ciclo fijo, por lo que las mismas entradas producen las mismas salidas en el mismo momento, siempre. Esa previsibilidad es lo que hace que sea seguro interbloquear una prensa o un transportador.
• Entrada y salida reforzadas. Las entradas digitales de veinticuatro voltios, las salidas de relé y transistor, los canales analógicos, los sensores de temperatura y las entradas de pulso se manejan en los terminales, con un aislamiento diseñado para gabinetes reales en lugar de laboratorios limpios.
• Construido para mantenimiento. Los módulos se desconectan y se intercambian, se versionan los programas y se escriben mensajes de diagnóstico para el electricista que se encuentra frente al panel a las dos de la mañana.

La mayoría de los PLC originalmente reemplazaron las paredes de la lógica de relés. Un panel lleno de temporizadores y relés auxiliares podría tardar semanas en cablearse y días en detectar fallos; La misma secuencia en el software se puede simular en un escritorio, cambiar con una descarga y archivar junto con los dibujos.

Dentro del ciclo de escaneo: por qué es importante el tiempo

Todo lo que hace un PLC ocurre dentro de un bucle repetitivo. Comprender el bucle explica la mayoría de los comportamientos extraños que la gente atribuye al controlador.

1. Leer las entradas. El controlador copia el estado de cada canal de entrada en la memoria, por lo que el programa ve una instantánea consistente en lugar de un objetivo en movimiento.
2. Ejecute el programa. La lógica, los temporizadores, los contadores, las matemáticas y el manejo de la comunicación se ejecutan de arriba a abajo, utilizando la instantánea tomada hace un momento.
3. Actualice las salidas. Los resultados se escriben en los terminales de una sola vez, por lo que las salidas cambian juntas en lugar de parpadear una a la vez.
4. Gestión interna. Los diagnósticos, la comunicación con la HMI y las comprobaciones de memoria se realizan antes de que el bucle comience nuevamente.

La mayoría de las aplicaciones a nivel de máquina finalizan un escaneo en unos pocos milisegundos, lo cual es lo suficientemente rápido para transportadores, bombas, mezcladores y líneas de envasado. Cuando una tarea realmente necesita una respuesta más rápida de la que puede ofrecer el escaneo, la respuesta habitual es una entrada de interrupción o un controlador de movimiento dedicado, no una CPU más grande.

Los componentes principales de un sistema

La mayoría de la gente ve por primera vez un PLC como una sola caja en un carril DIN, pero conceptualmente es un pequeño bastidor de piezas cooperantes. La siguiente tabla es el modelo mental que vale la pena llevar a una reunión de especificaciones.

Tipos de controladores y cómo combinar uno con su máquina

Los proveedores dividen el mercado de diferentes maneras, pero a efectos de selección, tres factores de forma cubren la mayoría de las necesidades.

Controladores compactos

Todo reside en una sola carcasa: CPU, fuente de alimentación y un bloque fijo de E/S, a menudo con un par de módulos de expansión para el crecimiento. Son la elección natural para máquinas independientes, estaciones de bombeo pequeñas y modernizaciones donde el espacio en el panel es reducido y el número de E/S es estable.

Controladores modulares

Los sistemas basados en rack le permiten elegir la CPU, la fuente de alimentación y las E/S por separado y luego agregar racks o conexiones remotas a medida que la máquina crece. Elija esta ruta cuando el número de canales sea alto, cuando los módulos analógicos y especiales sean importantes, o cuando espere que la especificación cambie entre la primera unidad y la quincuagésima.

Controladores con capacidad perimetral y preparados para IoT

Se espera cada vez más que un controlador publique datos hacia arriba y controle hacia abajo. La compatibilidad integrada con Ethernet, MQTT u OPC UA permite que una máquina informe los recuentos de producción y el uso de energía sin necesidad de conectar una puerta de enlace separada. La línea entre PLC, puerta de enlace y dispositivo de borde se está difuminando, y eso es en su mayoría una buena noticia para cualquiera que quiera visibilidad sin un segundo panel.

Nuestra propia gama abarca estos factores de forma, desde unidades compactas para control de una sola máquina en adelante. Si todavía estás en la etapa de comparación, la serie EC1000 es un buen punto de partida para máquinas pequeñas y medianas.

PLC serie EC1000 para control de máquinas pequeñas y medianas Un punto de partida para el control de máquinas pequeñas y medianas, con detalles técnicos aún por actualizar en la página del producto. Ver producto →

Dónde se ubica el controlador en su arquitectura de automatización

Un PLC rara vez funciona solo. En un gabinete típico, es el coordinador: ordena a los variadores de frecuencia que mantengan un punto de ajuste de presión, libera un arrancador suave para un motor grande, envía objetivos de posición a los servovariadores e intercambia estados y alarmas con una interfaz hombre-máquina. Consiga esa división del trabajo correcta y la puesta en marcha será tranquila. Hágalo mal y cada falla parecerá una falla del controlador.

• Accionamientos y arrancadores suaves hacerse cargo del trabajo del lado del motor, incluidas rampas, límites de corriente y optimización energética.
• Servosistemas propio posicionamiento y par, con el controlador emitiendo objetivos en lugar de generar pulsos manualmente.
• HMI Visibilidad del propio operador: recetas, tendencias, texto de alarma que se lee como una frase en lugar de un código.
• Puertas de enlace y módulos de IoT posee los datos que salen de la máquina, lo que mantiene el programa de control enfocado en el control.

Un beneficio práctico de obtener varias de estas capas del mismo proveedor es que las preguntas sobre el protocolo, las piezas de repuesto y la compatibilidad del firmware se encuentran en la misma conversación. Cuando una máquina necesita control coordinado entre variadores, HMI y E/S remotas, una plataforma modular le brinda el número de ranuras y las opciones de comunicación para mantener el gabinete ordenado.

Módulos de expansión y PLC de la serie XM Una descripción general de las categorías de las unidades PLC de la serie XM y los módulos de expansión analógica o de E/S, útil para comparar la lista de E/S de una máquina antes de seleccionar los números de modelo. Ver producto →

Una lista de verificación de selección práctica

Cuando un cliente nos envía una lista de E/S, respondemos aproximadamente las mismas siete preguntas cada vez. Vale la pena responderlas antes de que alguien hable sobre números de modelo.

1. Cuente las E/S honestamente y luego agregue el veinte por ciento. La capacidad sobrante cuesta mucho menos que un segundo bastidor seis meses después.
2. Enumere cada tipo de señal. La entrada y salida digital, la tensión o corriente analógica, el RTD y el termopar, los contadores y pulsos de alta velocidad tienen diferentes requisitos de módulo.
3. Mide la respuesta que realmente necesitas. Un escaneo de cinco milisegundos está bien para una bomba; no está bien para una cizalla voladora.
4. Mapear las comunicaciones. Qué dispositivos deben comunicarse, a través de qué protocolo, a qué velocidad de actualización y quién es el propietario de la configuración de la red.
5. Revisa el entorno. Temperatura ambiente, enfriamiento del panel, vibración, lavado y ruido eléctrico proveniente de unidades cercanas.
6. Piense en el ciclo de vida del software. ¿Quién mantendrá el programa dentro de cinco años? ¿Seguirá siendo compatible la herramienta de ingeniería?
7. Confirmar documentación y repuestos. Diagramas de cableado, manuales con números de versión y una lista realista de repuestos.

Si le ayuda, envíenos la lista y le diremos honestamente qué factor de forma se adapta. La serie X es una opción en nuestra gama de controladores y, si una forma diferente de controlador se adapta mejor a su máquina, preferimos comunicárselo antes que que usted se entere durante la puesta en servicio.

Familia de PLC serie X y módulos de expansión Una descripción general de la familia que cubre opciones de relé, bus, control de movimiento, PLC mejorado, estándar y económico, además de módulos de expansión para adaptar las necesidades de control a una máquina. Ver producto →

Donde las PLC se ganan el sustento

Las aplicaciones rara vez son glamorosas. Máquinas herramienta, ventiladores y bombas, mezclas químicas, equipos de elevación, redes municipales de agua y calefacción, caucho y plásticos y líneas de acero dependen de un controlador que mantiene unida una secuencia. En esas industrias, el problema de control suele ser de tres tipos: control de secuencia para el arranque, el paro y los enclavamientos; control regulatorio para circuitos de presión, flujo, nivel y temperatura; y coordinación de movimiento donde varios ejes deben permanecer al mismo tiempo.

Nuestro biblioteca de soluciones industriales recorre ejemplos a nivel de unidad en cada una de esas áreas, incluidas aplicaciones en las que el controlador y la unidad tienen que compartir un punto de ajuste de manera limpia. Leer una solución cercana a su propio proceso suele ser más rápido que leer una hoja de datos.

Puesta en servicio y cuidados a largo plazo

La primera semana de vida de una máquina decide cómo transcurrirán los próximos diez años. Algunos hábitos hacen que esa semana sea más fácil:

• Haga una copia de seguridad del programa y del conjunto de parámetros antes de cambiar algo y etiquete la copia de seguridad con una fecha.
• Etiquete cada terminal y cable para que coincida con el dibujo, no para que coincida con la memoria.
• Registre las versiones de firmware y software en la documentación del panel, junto con los parámetros del variador.
• Mantenga un módulo de repuesto de cada tipo crítico en el estante y anote la fecha en que se compró.
• Guarde los manuales donde el equipo de mantenimiento pueda encontrarlos, en la versión que coincida con el hardware.

La documentación importa más de lo que admiten la mayoría de los planes de proyecto. Cada controlador que enviamos tiene un correspondiente manual de usuario , con números de versión en el nombre del archivo, para que un técnico pueda confirmar que está leyendo el documento correcto para el hardware que tiene delante.

Pensamientos finales

Un controlador lógico programable no es la parte más visible de un proyecto de automatización, y ese es el punto. Si se elige bien, desaparece en un segundo plano: la máquina arranca en el orden correcto, los accionamientos siguen sus puntos de ajuste, el operador ve una alarma clara cuando algo se desvía y nadie vuelve a pensar en el controlador hasta que llega el momento de ampliarlo.

Si se elige mal, se convierte en algo que todos culpan. Así que tómese el tiempo para contar las E/S correctamente, haga coincidir el factor de forma con la máquina y elija un socio que aún conteste el teléfono cuando llame el tercer turno. Si desea hablar a través de una aplicación, nuestro equipo siempre estará encantado de ver un dibujo y una lista de señales.