PLC son las siglas de programmable logic controller. Un PLC es un dispositivo informático programable que se utiliza para gestionar procesos electromecánicos, normalmente en el ámbito industrial. A veces se hace referencia a un PLC como PC industrial, término que describe la función principal de un PLC como máquina informática industrial especializada.
Los PLC monitorean el estado de un dispositivo de entrada, como las señales de un interruptor de luz, y toman decisiones sobre el siguiente estado de un dispositivo de salida, por ejemplo, encender o apagar una luz.
Los PLC también se utilizan para transferir información desde los dispositivos de las fábricas o desde ubicaciones externas a aplicaciones centralizadas, a menudo ejecutadas en PC. Los autómatas programables se suelen utilizar para monitorear e informar sobre dispositivos, diagnosticar fallos en dispositivos de hardware como máquinas y herramientas industriales, y efectuar eventos de dispositivos.
as alertas personalizadas y la visualización de datos le permiten identificar y prevenir rápidamente los problemas de salud y rendimiento de la red.
Los PLC son los sucesores de los sistemas lógicos de relés, que son sistemas de control que monitorean y controlan dispositivos de bajo nivel como interruptores, relés, temporizadores, actuadores y motores. En los sistemas lógicos de relés, los relés realizan operaciones lógicas, conocidas como lógica de relés, activando y desactivando bobinas magnéticas en circuitos eléctricos.
Los relés pueden conectar circuitos que utilizan diferentes corrientes y tensiones, por lo que, históricamente, eran ideales para controlar y coordinar diferentes dispositivos de automatización industrial.
La desventaja de un sistema lógico de relés es que, al igual que un cuadro eléctrico, está cableado y es difícil de mantener debido a la multiplicidad de cables. El desarrollo de los microcontroladores resolvió este problema al permitir que los procesos de lógica de relés se codificaran mediante programación y se almacenaran en un ordenador.
Un PLC típico está conectado a una fuente de alimentación y consta de una unidad central de procesamiento (CPU), un bastidor de montaje, memoria de sólo lectura (ROM), memoria de acceso aleatorio (RAM), módulos de entrada/salida (E/S), una fuente de alimentación y un dispositivo de programación.
Los PLC tienen un diseño modular; los módulos de E/S y otros módulos especializados se deslizan en un bastidor de PLC. Los módulos PLC a veces se denominan tarjetas.
El bastidor de un PLC puede compararse con el chasis de un coche al que se conectan otros componentes. Los componentes conectados en un bastidor de PLC se agrupan en tres secciones: la CPU, varios módulos de E/S y la fuente de alimentación.
La fuente de alimentación convierte la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC). La CC es utilizada por la CPU y los componentes de E/S.
Al igual que un PC, la CPU es el cerebro de un PLC. La CPU tiene dos modos de funcionamiento: modo de programación y modo de ejecución. En modo programación, la CPU descarga la lógica en forma de instrucciones de programación creadas por un usuario en un PC. En el modo de ejecución, la CPU ejecuta la lógica.
La CPU controla todas las operaciones del PLC de acuerdo con las instrucciones de programación almacenadas en la memoria. Un sistema de bus de control transfiere información hacia y desde la CPU.
Un PLC recibe o detecta datos de dispositivos de entrada como sensores de proximidad y fotoeléctricos, teclados, medidores de nivel, temporizadores, contadores, luces de consola, motores eléctricos e interruptores de temperatura y presión. El concepto de detección de datos hace referencia a la naturaleza de los datos de entrada del PLC, que se presentan en forma de señales electrónicas.
Las tarjetas de entrada digital manejan señales discretas, por ejemplo señales de encendido/apagado. Las tarjetas de entrada analógica convierten la tensión en números que la CPU puede entender.
Las salidas del PLC incluyen válvulas, motores de arranque, accionamientos, actuadores, solenoides, alarmas, relés de control, impresoras y bombas.
Las tarjetas de salida digital encienden y apagan dispositivos, por ejemplo, una luz. Las tarjetas de salida analógica convierten los números digitales en tensión, por ejemplo para accionar maquinaria.
Los PLC pueden tomar decisiones lógicas y realizar acciones en función de los datos de entrada que reciben, por ejemplo, procesar los datos de entrada y enviar los datos procesados a un dispositivo de salida. El procesamiento de los datos de entrada se ejecuta mediante un dispositivo de programación.
Por ejemplo, un interruptor de temperatura puede monitorear la temperatura en una planta de refrigeración y enviar intermitentemente esta información a través de un PLC a una impresora en el centro de operaciones de una fábrica.
El dispositivo de programación suele ser un PC, una consola o un dispositivo manual propietario. Los módulos de E/S dirigen las señales de entrada a la CPU de un PLC, donde se crean las señales de salida. El formato de los datos de salida se especifica mediante un programa de aplicación implementado en el dispositivo de programación.
La ROM almacena los datos del sistema operativo y los controladores. La memoria RAM almacena el estado y los detalles de los datos de entrada y salida, así como los programas de aplicación.
Los módulos de E/S se encargan de transferir información entre el PLC y las redes de comunicación.
Para comunicarse con dispositivos externos, los PLCs utilizan el Estándar Recomendado 232 (RS-232), que es un estándar de comunicación serie. RS-232 utiliza código binario para leer y escribir datos en formato ASCII (American Standard Code of Information Interchange).
En el nivel de control, los PLC se comunican con los componentes de campo en el nivel físico utilizando diversos protocolos de comunicación en función del componente. Los PLC también utilizan diferentes protocolos de comunicación para comunicarse a través de redes y con dispositivos inalámbricos.
Modbus RTU es un protocolo de comunicación serie que se utiliza a menudo en redes de comunicación industriales para transmitir datos a larga distancia. Sin embargo, los protocolos de comunicación serie carecen del rendimiento y la velocidad de los protocolos Ethernet. Los protocolos Ethernet utilizados por los PLC incluyen Ethernet TCP/IP, Modbus TCP/IP y Profinet, que se utilizan para conectarse a redes de planta y a Internet. Los protocolos propietarios pueden personalizarse para dispositivos propietarios. Los protocolos de bus serie universal (USB) se utilizan para conectarse a controladores e impresoras. Para los dispositivos inalámbricos, puede utilizarse el protocolo Bluetooth.
Un PLC realiza cuatro funciones operativas básicas. En primer lugar, comprueba el estado operativo de los dispositivos de entrada conectados. En segundo lugar, ejecuta un programa que determina lo que debe ocurrir con los datos de entrada. En tercer lugar, genera los datos de salida ejecutados. En cuarto lugar, utiliza una función de mantenimiento operativo para realizar diagnósticos internos.
Los PLC utilizan una serie de puertos y protocolos de comunicación para conectarse a aplicaciones de control como los sistemas de control de supervisión y adquisición de datos (SCADA).
Los operarios de las plantas industriales y los jefes de línea interactúan con un PLC en tiempo real mediante una HMI. Una HMI es el panel del operador, es decir, la interfaz entre una persona y el PLC. Una HMI permite a un operador coordinar, gestionar y controlar procesos y dispositivos industriales.
Los PLC se utilizan para una amplia variedad de procesos automatizados de máquinas, por ejemplo, para controlar ascensores o encender y apagar interruptores de luz en edificios inteligentes. Los PLC se utilizan para monitorear cámaras de seguridad y dispositivos de advertencia automatizados, semáforos y procesos industriales como el corte de vidrio y papel.
Un PLC monitorea datos de tiempo de actividad, por ejemplo el tiempo de actividad del dispositivo, la temperatura de funcionamiento y las estadísticas de uso. También inicia y detiene procesos y genera notificaciones si una máquina funciona mal.
Los PLC se utilizan en procesos de ensamblaje de productos, envasado, control de movimiento, control de lotes, diagnóstico y comprobación de máquinas y robótica.
La lógica de escalera se utiliza habitualmente para programar PLC, pero también se emplean otros lenguajes, como el diagrama de bloques de funciones, el texto estructurado, el gráfico de funciones secuenciales y la lista de instrucciones.
La lógica de escalera utiliza diagramas gráficos basados en hardware de circuitos de relés para expresar y especificar la estructura lógica de los procesos en aplicaciones de software de PLC. El código de lógica de escalera se parece a un esquema eléctrico.
las notificaciones en tiempo real significan una solución de problemas más rápida para que pueda actuar antes de que se produzcan problemas más graves.
Las ventajas de los autómatas programables son principalmente las que se obtienen al prescindir de los sistemas de control lógico cableados tradicionales. En comparación con los sistemas de control lógicos tradicionales, los PLC son más fáciles de compilar, instalar, mantener y modificar.
Los componentes del PLC no requieren un cableado complejo porque la lógica de control se implementa mediante el software. Las modificaciones y actualizaciones pueden realizarse fácilmente cargando un nuevo programa de lógica de escalera. Las modificaciones pueden realizarse a distancia en lugar de manualmente, como ocurre con los sistemas lógicos de relés.
La codificación de lógica de escalera permite el desarrollo rápido de expresiones lógicas complejas. La programación de los PLC es relativamente sencilla y, dado que el diseño de un sistema PLC es modular, pueden instalarse en diferentes configuraciones físicas y son fácilmente escalables con múltiples dispositivos de entrada y salida diferentes.
Los PLC son dispositivos especializados compilados para soportar condiciones ambientales adversas como el frío y el calor extremo, y condiciones de polvo y humedad en las fábricas.
Un PLC lleva incorporado un sistema operativo en tiempo real que tiene ciertas funciones de mantenimiento, pero que no requiere las utilidades complementarias que utilizan los PC, como software antivirus o limpiadores de registro.
Al estar basado en un microprocesador, los tiempos de ejecución de un PLC son más rápidos que los de los sistemas de control lógico por relés, que tienen múltiples partes mecánicas.
Los PC tradicionales suelen gestionar mejor los códigos de programación complejos que los PLC, ya que se basan en tareas y no en eventos.
Aunque son robustos y fiables, los sistemas que utilizan PLC suelen necesitar monitores externos para mostrar los datos de forma sencilla.
Cuando se averían, los PLC pueden requerir la intervención de especialistas en PLC.
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Un PLC suele describirse como un "ordenador digital reforzado", pero existen algunas diferencias clave.
Mientras que un PC es necesario para hacer funcionar un PLC, un PC no necesita un PLC para funcionar. Esto se debe a que un PLC funciona con un microcontrolador, mientras que un PC funciona con un microprocesador.
Un PLC utiliza un método basado en barridos para ejecutar código mientras que los PC utilizan un método basado en eventos para ejecutar código.
Las entradas del PLC son señales en lugar de los datos que se introducen desde los PC. A menudo, los datos de un PLC son recogidos por un PC y utilizados para desencadenar órdenes de trabajo, informes y notificaciones.
El sistema operativo de un PLC está diseñado para realizar tareas de control, por lo que, a diferencia de los PC, no suelen utilizar antivirus ni utilidades de limpieza del registro.
Los PLC se programan utilizando lenguajes propios del fabricante o lógica de escalera. Los PC se programan con lenguajes de alto nivel como Java o C++.
Los PLC no son inmunes a los ataques de ciberseguridad y al malware, pero los casos informados son menores que los de los PC. La razón es que los PLC tienen una funcionalidad limitada en comparación con los PC.
Los sistemas PLC pequeños suelen ser más baratos de implementar que un caso de uso similar para un PC, pero los grandes sistemas PLC necesarios para operaciones lógicas complejas pueden resultar caros. Al estar más adaptados a condiciones ambientales adversas, los PLC pueden ser más baratos de mantener físicamente.
Los circuitos de control de los sistemas lógicos de relés deben estar cableados para cada una de las funciones de control. La lógica de relés se basa en la realización de funciones lógicas y de control a partir de diagramas de circuitos electrónicos físicos.
Con la lógica de escalera, las funciones lógicas y de control se realizan mediante un PLC basado en un microprocesador programable. El PLC almacena el programa de lógica de escalera en la memoria. A diferencia de los sistemas de control cableados, los PLC pueden reprogramarse, lo que ahorra tiempo y dinero, ya que no es necesario sustituir los costosos hilos y cables. Sólo los dispositivos de E/S de un PLC requieren cableado.
Los términos microcontrolador y microprocesador se utilizan a veces indistintamente, pero hay una gran diferencia entre ambos. Un chip microprocesador sólo tiene una CPU. Un microcontrolador consta de una CPU, memoria y módulos de entrada/salida (E/S), todo ello integrado en un chip.
Un microprocesador no puede funcionar independientemente de otros componentes, como circuitos y memoria adicionales, módulos de E/S y software.
Un microprocesador se utiliza cuando se requiere mucho procesamiento complejo, por ejemplo para juegos y en ordenadores portátiles, y cuando una tarea no está definida. Un microcontrolador se utiliza para tareas repetitivas y predefinidas, por ejemplo en equipos electrónicos y máquinas industriales.
Los microcontroladores son más baratos, más pequeños y consumen menos energía que los microprocesadores.
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Los PLC permiten a los usuarios programar tareas específicas para que las realicen las máquinas utilizando el lenguaje de codificación de lógica en escalera. Los PLC permiten automatizar de forma rentable tareas repetitivas en nichos industriales. También son capaces de realizar tareas inteligentes como la emisión automática de órdenes de trabajo y el diagnóstico de equipos averiados.
