Cómo surgen los Controladores Lógicos Programables (PLC's) y sus características

Los controladores lógicos programables o PLC's son dispositivos electrónicos ampliamente utilizados en la automatización industrial.

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

El sistema basado en relevadores, tenía un tiempo de vida limitado y se necesitaba un sistema de mantenimiento muy estricto. El alambrado de muchos relevadores en un sistema muy grande era muy complicado; si había una falla, la detección del error era muy tediosa y lenta.

La empresa Bedford Associates (Bedford, MA) propuso un sistema al que llamó Modular Digital Controller o MODICON. El MODICON 084 fue el primer PLC producido comercialmente. Este nuevo controlador tenía que ser fácilmente programable, su vida útil tenía que ser larga y ser resistente a ambientes difíciles. Esto se logró con técnicas de programación conocidas y reemplazando los relevadores por elementos de estado sólido. Con este sistema, cuando la producción necesitaba variarse, solo se tenía que variar el sistema.

A mediados de los años 70, la AMD 2901 y 2903 eran muy populares entre los PLC MODICON. Por esos tiempos los microprocesadores no eran tan rápidos y sólo podían compararse a PLC's pequeños. Con el avance en el desarrollo de los microprocesadores (más veloces), cada vez PLC's más grandes comenzaron a basarse en ellos.

La habilidad de comunicación entre ellos apareció aproximadamente en el año 1973. El primer sistema que lo hacía fue el Modbus de Modicon. Los PLC's podían incluso estar alejados de la maquinaria que controlaban, pero la falta de estandarización debido al constante cambio en la tecnología hizo que esta comunicación se tornara difícil.

En los años 80 se intentó estandarizar la comunicación entre PLCs con el protocolo de automatización de manufactura de la General Motors (MAP). En esos tiempos el tamaño del PLC se redujo, su programación se realizaba mediante computadoras personales (PC) en vez de terminales dedicadas sólo a ese propósito.

En los años 90 se introdujeron nuevos protocolos y se mejoraron algunos anteriores. El estándar IEC 1131-3 intentó combinar los lenguajes de programación de los PLC en un solo estándar internacional. Ahora se tienen PLC's que se programan en función de diagrama de bloques, listas de instrucciones, lenguaje C, etc. al mismo tiempo. También se ha dado el caso en que computadoras personales (PC) han reemplazado a los PLC's, como ejemplo, la compañía original que diseño el primer PLC (MODICON) ahora crea sistemas de control basados en PC.

Hoy en día, los PLC's 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 los controladores proporcional integral derivativo (PID).

Los PLC's 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.

Características:

Un PLC está compuesto por una serie de módulos con una función determinada:

CPU: Ejecuta de modo continuo el programa en función de los datos contenidos en la memoria, con velocidades que actualmente alcanzan varios cientos de miles de instrucciones por segundo.

Memoria: La memoria, se encuentra dividida en dos partes: una memoria de programa, en la que están almacenadas las instrucciones del programa a ejecutar y una memoria de datos, en la que están almacenados los resultados intermediarios de cálculos y los diversos estados.

Relevadores: Existen físicamente y son externos al controlador; se conectan al mundo real y reciben señales de sensores, switches, etc.

Relevadores internos: Se encuentran simulados vía software, son completamente internos al PLC, por lo que los externos pueden eliminarse o remplazarse.

Contadores: También son simulados por software y se les programa para contar pulsos de señal.

El PLC por sus especiales características de diseño tiene un campo de aplicación muy extenso. La constante evolución del hardware y software amplía constantemente este campo para poder satisfacer las necesidades que se detectan en el espectro de sus posibilidades reales.

Su utilización se da fundamentalmente en aquellas instalaciones en donde es necesario un proceso de maniobra, control, señalización, etc, por tanto, su aplicación abarca desde procesos de fabricación industriales de cualquier tipo a transformaciones industriales, control de instalaciones, etc.

Sus reducidas dimensiones, la extremada facilidad de su montaje, la posibilidad de almacenar los programas para su posterior y rápida utilización, la modificación o alteración de los mismos, etc., hace que su eficacia se aprecie fundamentalmente en procesos en que se producen necesidades tales como:

Como algunos ejemplos de aplicaciones generales tenemos:

Algunas de las ventajas que tienen los PLC's son:

•  No es necesario dibujar el esquema de contactos

•  No es necesario simplificar las ecuaciones lógicas, ya que por lo general la capacidad de almacenamiento del módulo de memoria es lo suficientemente grande.

•  La lista de materiales queda reducida, y al elaborar el presupuesto correspondiente se elimina parte del problema de contar con diferentes proveedores y distintos plazos de entrega.

•  Posibilidad de introducir modificaciones sin cambiar el cableado ni añadir aparatos.

•  Mínimo espacio de ocupación.

•  Menor costo de mano de obra de la instalación.

•  Economía de mantenimiento. Además de aumentar la fiabilidad del sistema, al eliminar contactos móviles, los mismos operadores pueden indicar y detectar averías.

•  Posibilidad de operar varias máquinas con un mismo técnico.

•  Menor tiempo para la puesta en funcionamiento del proceso al quedar reducido el tiempo de cableado.

•  Si por alguna razón la máquina queda fuera de servicio, el operador sigue siendo útil para otra máquina o sistema de producción.

Para conocer a las industrias que manejan controladores PLC's, haga click aquí.

Fuentes:

http://es.wikipedia.org/wiki/Controlador_l%C3%B3gico_programable

http://www.geocities.com/ingenieria_control/control1.htm

http://www.grupo-maser.com/PAG_Cursos/Auto/auto2/auto2/PAGINA%20PRINCIPAL/PLC/plc.htm

http://electronicosonline.com/noticias/notas.php?id=2329_0_1_0_M21

http://www.unicrom.com/art_historia_PLC.asp

LOS CONTROLADORES LÓGICOS PROGRAMABLES (PLCs)

El desarrollo e introducción de los relés, hace muchos años, fue un paso gigantesco hacia la automatización e incremento de la producción. La aplicación de los relés hizo posible añadir una serie de lógica a la operación de las máquinas y de esa manera reducir la carga de trabajo en el operador, y en algunos casos eliminar la necesidad de operadores humanos.

Por ejemplo, los relés hicieron posible establecer automáticamente una secuencia de operaciones, programar tiempos de retardo, conteo de eventos o hacer un evento dependiente de que ocurrieran otros.

Los relés con todas sus ventajas, tienen también naturalmente sus desventajas, tienen sólo un período de vida; su naturaleza electromecánica dictamina, que después de un tiempo de uso serán inservibles, sus partes conductores de corriente pueden en un momento quemarse o fundirse, desbaratando la lógica establecida y requiriendo su reemplazo.

Tal vez la inconveniencia más importante de la lógica con relés es su naturaleza fija. La lógica de un panel de relés es establecida por los ingenieros de diseño, se implementa entonces colocando relés en el panel y se alambra como se prescribe.

Mientras que la máquina dirigida por el panel de relés continua llevando a cabo los mismos pasos en la misma secuencia, todo está perfecto, pero cuando existe un re diseño en el producto o un cambio de producción en las operaciones de esa máquina o en su secuencia, la lógica del panel debe ser re diseñada. Si el cambio es lo suficientemente grande, una opción más económica puede ser desechar el panel actual y construir uno nuevo.

Este fue el problema encarado por los productores de automóviles a mediados de los setenta. A lo largo de los años se habían altamente automatizado las operaciones de producción mediante el uso de los relés, cada vez que se necesitaba un cambio, se invertía en él una gran cantidad de trabajo, tiempo y material, sin tomar en cuenta la gran cantidad de tiempo de producción perdido.

La computadora ya existía en esos tiempos y se le dio la idea a los fabricantes de que la clase de control que ellos necesitaban podría ser llevado a cabo con algo similar a la computadora. Las computadoras en sí mismas, no eran deseables para esta aplicación por un buen número de razones. La comunidad electrónica estaba frente a un gran reto: diseñar un artefacto que, como una computadora, pudiese efectuar el control y pudiese fácilmente ser re programada, pero adecuado para el ambiente industrial. El reto fue enfrentado y alrededor de 1969, se entregó el primer controlador programable en las plantas ensambladoras de automóviles de Detroit, Estados Unidos.

De acuerdo con la definición de la "Nema" (National Electrical Manufacturers Association) un controlador programable es: "Un aparato electrónico operado digitalmente, que usa una memoria programable para el almacenamiento interno de instrucciones para implementar funciones específicas, tales como lógica, secuenciación, registro y control de tiempos, conteo y operaciones aritméticas para controlar, a través de módulos de entrada/salida digitales (ON/OFF) o analógicos (1 5 VDC, 4 20 mA, etc.), varios tipos de máquinas o procesos.

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

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.

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 sequencias en la lógica de escalera (o diagramas de funciones).

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Los relés de nivel LVM (Controles de nivel)

Hay dos modelos básicos para medir el nivel: accionados por conductancia y accionados por flotador.

Los controles por conductancia utilizan probetas y la conductividad del mismo líquido para detectar el nivel. Se utilizan controles de una sola probeta para accionar alarmas o desconexiones por bajo o alto nivel; y controles multiprobeta para arrancar y parar equipos auxiliares a varios niveles. Para lugares con poco espacio o tanques subterráneos, el control puede estar montado en un lugar lejos de los sensores. Los modelos difieren entre sí en el voltaje secundario y en la sensibilidad de entrada.

Los controles de modulación neumática, cuando se utilizan con válvulas neumáticas, atenderán el nivel del líquido en tanques o depósitos presurizados. Funcionan modulando la presión de aire que llega a la válvula de control. Los controles neumáticos mejoran la eficacia del sistema, pues permiten ajustar el flujo de entrada o salida de acuerdo con la demanda, con lo que mantienen un control más exacto. Los controles neumáticos son particularmente apropiados para trabajar en ciertos lugares peligrosos, puesto que no necesitan de electricidad.

Los controles operados por flotador trabajan mediante interruptores de mercurio o interruptores de acción rápida. Son utilizados para prevenir niveles altos o bajos y conectar o desconectar dispositivos auxiliares. Están disponibles en tres modalidades: con un interruptor para el control de bajo nivel de agua; con dos interruptores para añadir el control de la bomba; o con tres interruptores para añadir una alarma de alto nivel de líquido.

Una vez que los controles de nivel han detectado un alto o bajo nivel de fluido, deben disparar un proceso por medio del cual el tanque se llene o se vacíe. Para ello se utilizan los relés de nivel.

Una de las más corrientes aplicaciones de los motores eléctricos se encuentra en los procesos de bombeo de agua y líquidos conductores. El trabajo de estos motores normalmente es una operación automática en donde los niveles de agua y de los otros líquidos además de la misma presión de ellos es controlada por dispositivos diseñados para estos propósitos.

Los relés de nivel son dispositivos que permite automatizar estos procesos. Los relés de nivel de agua son relés de resistencia y estos son dispositivos de estado sólido, diseñados para cumplir la función de sensado por variación de la resistencia entre dos electrodos.

Estos dispositivos son utilizados en:

- Procesos industriales para la detección de nivel de líquidos conductores como puede ser el agua.

- Detección de líquido en el conductor de la fuente a la bomba para que esta no trabaje en vacío.

Los relés de agua puede ser utilizado en varias aplicaciones, siendo las más comunes:

- Un tanque de agua necesita ser llenado.

- Un deposito de agua necesita ser secado.

Lovato Electric ofrece cuatro modelos de relés:

•  Relé de nivel para líquido conductivo LVM 20, LVM 30 y LVM 40. Estos modelos varían en el tipo de entrada, la sensibilidad regulable, la existencia de un potenciómetro para regular el retardo de la señal de arranque y las funciones de llenado y vaciado combinables.

•  El modelo LVM P10 es un relè de alternancia para 2 motores, que permite equilibrar el tiempo de funcionamiento de dichos motores, instalados como principal y reserva.

Lovato Electric de México ofrece relés de nivel y una gran variedad de componentes eléctricos para automatización industrial.

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