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LA NUEVA GENERACIÓN DE PLC
Se renueva el “cerebro” del sistema de control

En plantas y fábricas de diversos sectores productivos, los controladores lógicos programables (PLC, por sus siglas en inglés) se usan para el control de máquinas y procesos. En la actualidad, estos dispositivos se mantienen vigentes y, a medida que conceptos como la Industria 4.0 y el Internet Industrial de las Cosas van siendo adoptados por los usuarios, van aumentando los requerimientos en términos de prestaciones que deben satisfacer los controladores programables.

Los llamados Controladores Lógicos Programables (PLC) tuvieron sus inicios en la década de los 60, reemplazando los sistemas de lógica por relés, cuya naturaleza “cableada” hacía muy difícil adaptarlos para cambiar una receta. Además, y a diferencia de los computadores de entonces, los PLC estaban diseñados y fabricados para resistir los duros entornos industriales.

“Se ha ido incrementando el uso de los PLC a nivel industrial, dados los beneficios y prestaciones que estos equipos presentan y la gran variedad disponible en el mercado, donde la baja de precios de las tecnologías ha permitido mayor accesibilidad a estos equipos. Hoy, con la variedad de PLC presentes en el mercado se puede automatizar desde un pequeño sistema de riego hasta grandes procesos de alta complejidad”, explica Carolina Lagos, Directora de la Asociación Chilena de Control Automático (ACCA) e Investigadora en la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso (PUCV).


Mayor velocidad de cómputo

Como explica Dr. Ing. Manuel Olivares Salinas, Profesor del Departamento de Electrónica de Universidad Técnica Federico Santa María (USM), un PLC está básicamente constituido, al igual que un computador personal, por una fuente de poder, una memoria de datos, una memoria de programa y un microprocesador (CPU), “por lo que al igual que los PC, sus funcionalidades se han visto potenciadas por el desarrollo de microprocesadores que han incrementado su capacidad y velocidad de cálculo al duplicarse cada dos años el número de transistores que los componen (de forma sostenida desde la década de los ‘70)”.

“Esta mayor capacidad de procesamiento permite a la CPU de un PLC de hoy, realizar funcionalidades que antigua mente estaban distribuidas en módulos especializados dedicados. Las nuevas generaciones de CPU son más veloces y pequeñas, y permiten integrar en ella puertos de comunicación con conectividad a redes corporativas y buses de campo, junto con disponer de una mayor cantidad de instrucciones para realizar programas de automatización y control más complejos”, agrega el docente.

Carolina Lagos, ACCA - PUCV.
Dr. Ing. Manuel Olivares, USM.
Dr. John Kern, USACH.

La velocidad de cómputo queda reflejada, por ejemplo, en su capacidad de generación de señales PWM de frecuencia base de 20kHz o mayores, frecuencia apta para aplicaciones de control de movimiento directo desde el PLC, junto con la capacidad de leer encoders de 3 canales por interrupciones. Asimismo, Olivares sostiene que “la programación estructurada en programa principal y subprogramas, si bien es algo conocido desde hace más de 10 años, se ha potenciado con la capacidad multitarea de las CPU actuales. La aparición de ambientes de desarrollo para la programación de aplicaciones con simuladores integrados ha potenciado el desarrollo de proyectos de automatización y control sin necesidad de tener el hardware del PLC conectado, facilitando además el entrenamiento de ingenieros y estudiantes”.

En ese sentido, indica que la barrera entre un PLC de “gama alta” y un DCS es cada vez más difusa, en cuanto a que ahora es posible formar redes de control e instrumentación a cargo de un PLC maestro. “Junto con el desarrollo de estas nuevas CPU, el sistema operativo y los lenguajes de programación se han actualizado haciendo posible implementar estrategias de control ARC y APC mediante bloques y/o funciones de programación de alto nivel”, acota. Por su parte, para Lagos, es fundamental que los controladores programables también cuenten con una alta capacidad de almacenamiento para guardar los datos provenientes desde el proceso y generar la información requerida para un mejor análisis del comportamiento de dicho proceso.

Además, la académica sostiene que también se requiere contar con equipos capaces de predecir el comportamiento de las variables controladas para que los directivos de la organización puedan tomar mejores decisiones. “Es clave contar con controladores programables más inteligentes donde los datos adquiridos desde el proceso sean a largo plazo para poder generar los modelos estadísticos requeridos para realizar las curvas de tendencias de las variables de mayor relevancia en el proceso. Hoy en día, la nueva era digital obliga a los sistemas de control a ser mucho más interactivos con las personas, a facilitar el mantenimiento predictivo, mejorar el control de las variables del proceso y mejorar la toma de decisiones”, comenta.

Al respecto, Dr. John Kern, Académico del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Santiago de Chile (USACH), coincide, afirmando que los PLC se han ido adaptando a las nuevas necesidades del mercado. “Los clientes o mandantes están apuntando a la digitalización y análisis de la información de sus procesos para hacer estos más eficientes; en este contexto, los PLC han incorporado herramientas que permiten cumplir este objetivo”, acota.


Interconexión e interoperabilidad

A juicio de Dr. Kern, dentro de las funcionalidades más importantes al elegir un controlador, se encuentra la capacidad de interconexión con otros dispositivos de uso industrial. “En la actualidad, el mercado ofrece diversas plataformas o aplicaciones que permiten establecer enlaces de comunicación y los controladores deben tener la capacidad y compatibilidad para operar a través de ellas, comunicándose con equipos de diferentes fabricantes”, sugiere. “Los PLC fabricados en tiempos pasados constituían sistemas cerrados cuyos protocolos propietarios limitaban la conexión con otros dispositivos.

Es decir, un PLC tenía disponible un protocolo específico y particular, lo que generaba problemas de interoperabilidad y obligaba a las empresas a adquirir nuevos equipos de la misma marca, tales como PLC, HMI, SCADA, e incluso la instrumentación de campo”. Por el lado de la interoperabilidad, Olivares afirma que el desarrollo del protocolo OPC, y más recientemente el protocolo OPC UA, para la adquisición e historización de datos y supervisión de procesos, ha reducido las barreras para el desarrollo de aplicaciones de procesamiento de datos al borde de la red (también conocido como “Edge Computing”) o en la nube (“Cloud Computing”), y de aplicaciones gerenciales mediante la convergencia de tecnologías de la información con las tecnologías de operación (IT/OT).

“La interoperabilidad OPC también permite conectar un PLC con un PC configurado como cliente OPC donde se ejecuta una simulación dinámica del proceso a controlar o ‘gemelo digital’, lo que abre la posibilidad de realizar pruebas virtuales en fábrica sin necesidad de conectar el PLC al proceso real, disminuyendo los costos asociados a fallas durante la puesta en marcha o detenciones de planta para la realización de pruebas de validación del programa de control y/o de la configuración del PLC”, ejemplifica.


El impacto de la Industria 4.0

De acuerdo al investigador de la USACH, conceptos como Industria 4.0 o Internet Industrial de las Cosas han ampliado el concepto de PLC. “En la actualidad, la digitalización de la industria apunta a la interconexión de los dispositivos y al Edge Computing. En este último caso, los PLC permiten llevar a cabo el procesamiento de gran volumen de información aumentando la disponibilidad y eficiencia de los sistemas. Además, deben incorporar el concepto de seguridad cibernética, a través, por ejemplo, de un arranque seguro (Secure Boot), cortafuegos (Firewalls), IPSec y/o certificados ISASecure”, recomienda.

Para el docente de la USM, la denominada Cuarta Revolución Industrial está acercando la integración de PLC en la solución de problemas complejos, más allá de su aplicación en Automatización y Control de procesos. Por ejemplo, es posible encontrar PLC en sistemas de navegación autónoma, con módulos GPS y conectividad a redes GSM en aplicaciones de agricultura inteligente y logística, entre otras, por su probada capacidad de funcionamiento robusto en ambientes severos.

“La telemática y el procesamiento distribuido de datos en dispositivos móviles, mediante servidores en la nube y/o servidores locales, están generando un impacto positivo en la productividad y la eficiencia de los procesos de manufactura automatizada y control de procesos, donde el PLC, además de ser un dispositivo fundamental para la automatización y control, se está constituyendo en una puerta de acceso a los datos del proceso para el desarrollo de aplicaciones industriales al otro lado de las redes de control e instrumentación. El PLC ya no es solo hardware y software de aplicación especí- fica reprogramable y reconfigurable, sino que también puede ser un proveedor de servicios de datos integrados a su propio sistema operativo”, sentencia.

Como vemos, el PLC continúa evolucionando para seguir acomodándose a los requerimientos de sus usuarios, tanto en plataformas “tradicionales” de control y automatización como en las nuevas aplicaciones que se generen al alrededor de sus nuevas prestaciones.

Agosto 2020
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