Controlador lógico programable: ¿Qué es un autómata programable y cómo funciona?

La interconectividad se ha convertido en un componente cada vez más crítico de las instalaciones de fabricación modernas. A medida que los fabricantes siguen invirtiendo en dispositivos inteligentes como Industrial IoT, maquinaria conectada a la red y herramientas digitales similares, deben establecer una forma de comunicarse con sus equipos y automatizar los procesos con una intervención humana mínima.

En un entorno de fabricación más tradicional, las máquinas individuales y los sistemas de control están conectados entre sí directamente. Sin embargo, este tipo de configuración puede ser más compleja y más difícil de gestionar.

Los fabricantes modernos sortean este obstáculo instalando y utilizando controladores lógicos programables (PLC). En lugar de cablear físicamente cada máquina o pieza de equipo directamente a los sistemas de control pertinentes, los fabricantes conectan los equipos a los PLC, lo que permite un control más integrado del proceso de producción.

En este post, vamos a discutir cómo los controladores lógicos programables se utilizan en las instalaciones de fabricación, qué beneficios proporcionan, y cómo Tulip puede ser utilizado como un PLC para automatizar el control de procesos a través de máquinas y herramientas digitales en sus operaciones.

Un controlador lógico programable es un pequeño ordenador programado para llevar a cabo acciones o salidas específicas basadas en las entradas que recibe junto con un conjunto de reglas específicas.

Los PLC se utilizan en una amplia gama de entornos comerciales e industriales, como aeropuertos, edificios de oficinas, ferrocarriles e instalaciones de fabricación. En este post, revisaremos las implicaciones de los PLC en el contexto de la fabricación específicamente.

La conexión de sus equipos y sistemas mediante un PLC difiere del enfoque más tradicional que implica el uso de sistemas lógicos de relés. Aunque los relés eléctricos funcionan para controlar procesos industriales de forma similar a un PLC, también presentan inconvenientes significativos en lo que se refiere tanto a la configurabilidad como al mantenimiento.

Dado que los bancos eléctricos están formados por un sistema de cableado físico, si alguna vez fuera necesario cambiar el funcionamiento del sistema, habría que recablear completamente las conexiones físicas.

Además, si se produjera un fallo en el sistema, sería necesario que el personal responsable patrullara todo el sistema para identificar la causa del problema reinante. Dependiendo de la complejidad del sistema, esto puede llevar una cantidad significativa de tiempo y recursos. He aquí un ejemplo de una sala de relés eléctricos como referencia.

Con la introducción de la electrónica de estado sólido y los microchips, la lógica de mando utilizada por los relés eléctricos se sustituye por la lógica de software, lo que hace que los PLC sean mucho más fáciles de configurar y mantener.

Además, los autómatas programables están construidos para soportar las condiciones más duras que suelen darse en los entornos industriales, lo que los hace ideales para las instalaciones de fabricación.

El trabajo de un PLC es sencillo de describir: ejecutar la lógica una y otra vez sin perder el ritmo. Para ello, utiliza un puñado de módulos que se encargan cada uno de una tarea específica. Juntos se ejecutan en lo que se denomina ciclo de exploración, un bucle en el que el PLC lee lo que ocurre en el campo, ejecuta el programa, actualiza las salidas y, a continuación, vuelve a empezar desde el principio.

Este bucle no se detiene. En la mayoría de los sistemas sólo tarda unos milisegundos, por eso un autómata programable puede reaccionar tan rápidamente cuando se acciona un interruptor o un sensor cambia de estado.

CPU y memoria
La CPU es la que toma las decisiones. Es donde realmente se ejecuta su programa, y también gestiona la comunicación con el resto del sistema. En su interior, normalmente encontrará

• El motor del ciclo de exploración (leer → ejecutar → escribir).

• Almacenamiento tanto para el programa de control como para el software operativo

• Diagnóstico integrado para que sepa cuándo algo falla

• Un reloj para programación o lógica basada en el tiempo

La memoria está dividida. Una parte es para su programa, la otra es para los datos en vivo cosas como temporizadores, contadores y valores variables que cambian cada exploración.

Entradas y salidas (E/S)
Los módulos de E/S son el enlace del autómata programable con la planta.

• Las entradas traen señales de sensores, finales de carrera o transmisores de presión

• Las salidas accionan actuadores, arrancadores de motor, válvulas y cualquier otra cosa que necesite una orden

Verá dos tipos principales de señales:

• Digital - simple encendido/apagado (un pulsador, un relé)

• Analógico - rangos variables (temperatura, nivel, velocidad)

La mayoría de los sistemas están construidos para ser ampliados. Si necesita más E/S, deslice otro módulo.

Fuente de alimentación
No se habla mucho de ella, pero la fuente de alimentación es fundamental. Convierte la CA entrante en los voltajes de CC que necesita el PLC. Algunas unidades incluyen baterías de reserva o redundancia para que no pierda los datos de estado durante un apagón.

Comunicación
Muy pocos PLC se sientan aislados hoy en día. Necesitan hablar con la interfaz hombre-máquina (HMI), SCADA, otros PLC o sistemas de nivel superior. Los protocolos industriales más comunes son Ethernet/IP, Modbus y Profinet. Estos no son sólo para el control - que también le dan el diagnóstico, registro, y en muchas plantas, el acceso remoto. Algunos sistemas más nuevos vienen incluso con integración inalámbrica o en la nube incorporada.

Póngalo todo junto y tendrá un sistema modular y fiable. Tanto si trabaja con una sola prensa como con toda una línea de producción, la arquitectura subyacente sigue siendo la misma: leer el campo, procesar la lógica, actualizar las salidas y repetir que es lo suficientemente rápido como para seguir el ritmo del mundo real.

Con la proliferación de más maquinaria en las instalaciones de fabricación, las empresas han recurrido a la búsqueda de nuevas formas de automatizar los procesos y racionalizar la producción. El aumento de la automatización llevó a la adopción del uso de controladores de lenguaje programable para conectar y controlar las distintas máquinas, dispositivos, sensores, etc. Algunas de las ventajas que los autómatas programables proporcionan a los fabricantes son:

Programación más sencilla: Como ya se ha comentado, los sistemas de relés obligan a los fabricantes a lidiar con complicadas secuencias lógicas, lo que hace que todo el proceso resulte más difícil. Los PLC, por el contrario, pueden programarse en lenguajes de programación básicos para controlar diversas aplicaciones industriales.

Mayor flexibilidad: Si los fabricantes necesitan ajustar sus procesos de producción, pueden hacerlo fácilmente utilizando un PLC. Esto se debe a que el programa lógico puede editarse fácilmente a través del ordenador conectado, a diferencia de tener que descablear y recablear todo un circuito de relés. Esto facilita la localización de averías y el mantenimiento a lo largo del tiempo.

Mayor fiabilidad: Los menores requisitos de cableado en la automatización centrada en PLC presentan menos posibilidades de conexiones físicas poco fiables. De este modo, los procesos de fabricación pueden continuar de forma más fiable.

Tiempo de respuesta rápido: Los fabricantes modernos necesitan respuestas instantáneas a los eventos que se producen en la fábrica. Los PLC controlan la maquinaria en tiempo real, lo que les permite responder a las entradas de forma inmediata.

Por ejemplo, si la temperatura de una máquina empieza a dispararse, el PLC puede apagarla casi instantáneamente para evitar un suceso más catastrófico.

Físicamente robustos: Los PLC están construidos para ser robustos, lo que los hace resistentes a condiciones de fábrica potencialmente extremas como el calor, el polvo y los residuos.

Al recurrir a los autómatas programables para la automatización de la producción, los fabricantes deben tener en cuenta algunos factores clave antes de adquirir un PLC.

Entre ellas se incluyen:

• Compatibilidad del sistema: Los fabricantes deben saber si el PLC que han elegido es compatible con sus sistemas de fabricación actuales. Además, el PLC también debe ser compatible con la tensión de la toma de corriente de la fábrica.

• Velocidad de procesamiento: La CPU del autómata programable debe poseer una velocidad de procesamiento suficiente para gestionar los distintos procesos y funciones de una instalación determinada.

• El número de puertos: Es inteligente asegurarse de que el PLC tiene suficientes puertos de entrada y salida para cubrir las necesidades de la fábrica.

• Capacidad de E/S analógicas: Algunos autómatas programables sólo pueden manejar procesos simples de encendido/apagado, es decir, funciones discretas. Sin embargo, algunas operaciones de fabricación tienen procesos analógicos, que requieren un controlador lógico programable que pueda manejar variables continuas.

• Durabilidad: Muchos fabricantes colocan los PLC cerca de los equipos de interés. Por lo tanto, es importante asegurarse de que puede soportar factores ambientales industriales como las altas temperaturas.

La fabricación actual ya no es tan estática como antes. Los cambios son más rápidos, las mezclas de productos cambian y los sistemas necesitan comunicarse entre sí. Por eso cada vez más equipos se cuestionan si los PLC tradicionales son siempre la solución adecuada.

Aquí es donde entran en juego los Soft PLC. Un Soft PLC hace lo mismo que un PLC de hardware, ejecuta la lógica, controla las máquinas, pero vive en el software. En lugar de bastidores de módulos, la lógica se ejecuta en un PC industrial o en un dispositivo de borde. Al estar basado en software, las actualizaciones son más sencillas, el escalado es más rápido y la integración con los sistemas en la nube está incorporada desde el principio.

Controladores lógicos programables de Tulip
Con el constructor de lógica sin código de Tulip, puede diseñar la lógica de producción sin tocar diagramas de escalera ni texto estructurado. La lógica vive dentro de las aplicaciones Tulip y puede ser activada por acciones del operador, datos de sensores o entradas directas de la máquina. Usted establece las reglas a través de un editor de arrastrar y soltar que es lo suficientemente simple como para que los ingenieros, supervisores o propietarios de procesos puedan utilizarlo sin esperar a un programador de PLC. Y puesto que Tulip está diseñado para el taller, no se asienta en un silo. Se conecta directamente a las máquinas, MES, ERP, y IoT nada más sacarlo de la caja.

En los últimos meses, Tulip ha lanzado Edge IOun dispositivo de borde habilitado para wifi, fácil de implementar y de bajo coste para recopilar datos operativos. Nuestro dispositivo Edge IO IO integra datos de varias máquinas, sensores y PLC, con puertos de E/S industriales, así como conectividad USB.

Usando Edge IO Edge IO , los trabajadores pueden cambiar los programas del PLC desde las aplicaciones de Tulip , y nuestro dispositivo Edge IO puede transformarse en un PLC sin coste incremental de hardware.

Puede ver cómo se usa Tulip en este contexto con la demostración de abajo :

Los PLC blandos no son un sustituto único. Siempre habrá casos en los que un PLC tradicional sea la herramienta adecuada. Pero para muchos fabricantes, trasladar la lógica al software hace que las operaciones sean más adaptables y estén menos atadas a sistemas rígidos y centrados en el hardware.

Los PLC no van a desaparecer. Siguen siendo la columna vertebral de la automatización, y el mercado muestra un crecimiento constante que es el mercado mundial de controladores lógicos programables (PLC) se valoró en 13,9 mil millones dólares en 2024 y se espera que alcance los 22,15 mil millones dólares en 2032.

Lo que está cambiando es la forma de utilizarlos. Las plantas de hoy en día están más conectadas, y eso está empujando a los sistemas de control a evolucionar.

Destacan algunas tendencias:

• ConexionesIoT . Más sensores, más pasarelas, más datos. Los PLC se utilizan menos como cajas aisladas y más como parte de un sistema conectado más grande.

• Borde y nube. Los datos e incluso parte de la lógica de control se están desplazando del PLC a los dispositivos de borde o a la nube. Esto facilita el escalado y ofrece a la dirección visibilidad en tiempo real de todas las instalaciones.

• La IA se cuela. Algunas plataformas están empezando a utilizar la IA para detectar anomalías, predecir fallos o incluso optimizar la lógica sobre la marcha. Aún es pronto, pero está ocurriendo.

• PLC blandos y configuraciones abiertas. Los equipos están cansados del bloqueo. Hay un interés creciente por el control basado en software que es independiente del proveedor y más fácil de adaptar, especialmente en la producción de alta mezcla.

El panorama general: Los PLC siguen siendo caballos de batalla fiables, pero la definición de "control" está cambiando. Ya no se trata sólo de mantener las máquinas en funcionamiento. Se trata de adaptabilidad, datos y velocidad.

Si está interesado en saber cómo Tulip puede ayudarle a automatizar sus procesos de automatización industrial, ¡póngase en contacto con un miembro de nuestro equipo hoy mismo!