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• Daniel Alfredo Hernandez Miguel

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CONTROLADORES LOGICOS PROGRAMABLES 1.- INTRODUCCIÓN Hasta hace poco tiempo el control de procesos industriales se hacía de forma cableado por medio de contactores y relés. Al operario que se encontraba a cargo de este tipo de instalaciones, se le exigía tener altos conocimientos técnicos para poder realizarlas y mantenerlas. Por otra parte, cualquier variación en el proceso suponía modificar físicamente gran parte de las conexiones de los montajes, siendo necesario para ello un gran esfuerzo técnico y un mayor desembolso económico.

En la actualidad, no se puede entender un proceso complejo de alto nivel desarrollado por técnicas cableadas. El ordenador y los autómatas programables ha intervenido de forma considerable para que este tipo de instalaciones se hayan visto sustituidas por otras controladas de forma programada. El término PLC de amplia difusión en el medio significa en inglés, Controlador Lógico Programable. Originalmente se denominaban PCs (Programmable Controllers), pero, con la llegada de las IBM PCs, para evitar confusión, se emplearon definitivamente las siglas PLC. En Europa, el mismo concepto es llamado Autómata Programable. La definición más apropiada es: Sistema Industrial de Control Automático que trabaja bajo una secuencia almacenada en memoria, de instrucciones lógicas. Es un sistema porque contiene todo lo necesario para operar, e industrial por tener todos los registros necesarios para operar en los ambientes hostiles encontrados en la industria. Esta familia de aparatos se distingue de otros controladores automáticos en que puede ser programado para controlar cualquier tipo de máquina, a diferencia de otros muchos que, solamente pueden controlar un tipo específico de aparato. Un programador o Control de Flama de una caldera, es un ejemplo de estos últimos. Los PLC's o Autómatas Programables, son dispositivos electrónicos creados específicamente para el control de procesos secuenciales, es decir procesos compuestos de varias etapas consecutivas, con el fin de lograr que una máquina o cualquier otro dispositivo funcione de forma automática. Puesto que están pensados para aplicaciones de control industrial, su diseño les confiere una especial robustez.

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CONTROLADORES LOGICOS PROGRAMABLES El PLC es realmente el cerebro que gestiona y controla automáticamente nuestras instalaciones. Dependiendo del tamaño de la planta y de la complejidad de la automatización, el número de autómatas puede variar desde uno hasta un número importante de autómatas enlazados. Los autómatas nos ofrecen muchas posibilidades de configuración. Así, como decíamos anteriormente, dependiendo de la magnitud de la instalación, es posible que el que lo solicite encuentre desde el autómata compacto más básico al más complejo equipo de control con multitud de módulos de entradas y salidas, sin que ello repercuta en las posibles ampliaciones futuras del sistema. Como ejemplo, si nuestra instalación va a dedicarse simplemente a llenar sacos desde una tolva hasta llegar a un peso determinado, solamente vamos a necesitar un visualizador de peso y un pequeño autómata que nos permita controlar la descarga. Si por el contrario, disponemos de varios silos, con una o más básculas, con transporte neumático a diferentes destinos, con cintas transportadoras, etc., el sistema puede constar de varios autómatas comunicados entre sí a través de una red, cada uno de ellos controlando una parte de la planta, sin perder por ello el concepto de conjunto, lo que nos permite tener un control total sobre el sistema. Es posible que las instalaciones sean capaces de realizar distintas funciones simultáneamente. Esto significa que se puede controlar varios procesos tanto secuencialmente como en paralelo.

A modo de ventaja que ofrecen estos autómatas, es que poseen un gran número de funciones internas que ayudan a identificar problemas, se trata de la capacidad de diagnósticos avanzados (autodiagnosis). Es el propio autómata el que, a través de su propia estructura y software interno, nos informa de su estado, lo que evita pérdidas de tiempo en búsquedas infructuosas o muy costosas (fallos de interruptores, pilas agotadas, etc.)

En definitiva, al utilizar los PLC ó autómatas y software se puede realizar un control total sobre la instalación, desde la carga de material hasta el destino, pasando por cada uno de los subprocesos intermedios de la producción. Todo esto se realiza de una forma totalmente automatizada, minimizando en lo posible la intervención del operario, aunque siempre ofreciendo la posibilidad de ajustar el funcionamiento de la instalación mediante los numerosos parámetros de los que se dispone, debidamente detallados y proporcionando toda la información necesaria para el seguimiento del proceso.

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CONTROLADORES LOGICOS PROGRAMABLES 1.1.-DEFINICIONES Controlador Lógico Programable: Dispositivo electrónico operado digitalmente que utiliza la memoria programable para el almacenamiento interno de instrucciones a fin de implementar funciones especificas, tales como lógicas, secuenciales, tiempo, cínteo y aritméticas y así controlar varios tipos de máquinas o procesos a través de módulos de entrada / salida analógicos o digitales. Sistemas automáticos: Un sistema automático de control es un conjunto de componentes físicos conectados o relacionados entre sí, de manera que regulen o dirijan su actuación por sí mismos, es decir sin intervención de agentes exteriores (incluido el factor humano), corrigiendo además los posibles errores que se presenten en su funcionamiento.

1.2.- ANTECEDENTES E HISTORIAS LÓGICOS PROGRAMABLES.

DE

LOS

CONTROLADORES

Los PLC's se introdujeron por primera vez en la industria en 1960 aproximadamente por la necesidad de eliminar el gran costo que se producía al reemplazar el complejo sistema de control basado en relés y contactores. El problema de los relés era que cuando los requerimientos de producción cambiaban también lo hacía el sistema de control. Dado que los relés son dispositivos mecánicos y poseen una vida limitada se requería una estricta mantención planificada. Por otra parte, a veces se debían realizar conexiones entre cientos o miles de relés, lo que implicaba un enorme esfuerzo de diseño y mantenimiento. Estos nuevos controladores debían ser fácilmente programables por ingenieros de planta o personal de mantenimiento. El tiempo de vida debía ser largo y los cambios en el programa tenían que realizarse de forma sencilla. La solución fue el empleo de una técnica de programación familiar y reemplazar los relés mecánicos por relés de estado sólido. En 1969 la División Hydramatic de la General Motors instaló el primer PLC para reemplazar los sistemas inflexibles alambrados usados entonces en sus líneas de producción. A mediados de los 70, los microprocesadores convencionales cedieron la potencia necesaria para resolver de forma rápida y completa la lógica de los pequeños PLC's. Por cada modelo de microprocesador había un modelo de PLC basado en el mismo. No obstante, el modelo 2903 de AMD fue de los más utilizados.Ya en 1971, los PLCs se extendían a otras industrias. 3

CONTROLADORES LOGICOS PROGRAMABLES Las habilidades de comunicación comenzaron a aparecer en 1973. El primer sistema fue el bus Modicon (Modbus). El PLC podía ahora dialogar con otros PLC's y en conjunto podían estar aislados de las máquinas que controlaban. También podían enviar y recibir señales de tensión variables, entrando en el mundo analógico. Desafortunadamente, la falta de un estándar acompañado con un continuo cambio tecnológico ha hecho que la comunicación de PLC's sea un gran océano de sistemas físicos y protocolos incompatibles entre sí. En el año ochenta, ya los componentes electrónicos permitieron un conjunto de operaciones en 16 bits,- comparados con los 4 de los 70s -, en un pequeño volumen, lo que los popularizó en todo el mundo. En los 80 se produjo un intento de estandarización de las comunicaciones con el protocolo MAP (Manufacturing Automation Protocol) de General Motors. También fue un tiempo en el que se redujeron las dimensiones del PLC y se pasó a programar con programación simbólica a través de ordenadores personales en vez de los clásicos terminales de programación. Hoy día el PLC más pequeño es del tamaño de un simple relé. A comienzo de los noventa, aparecieron los microprocesadores de 32 bits con posibilidad de operaciones matemáticas complejas, y de comunicaciones entre PLCs de diferentes marcas y PCs, los que abrieron la posibilidad de fábricas completamente automatizadas y con comunicación a la Gerencia en "tiempo real". Los 90 han mostrado una gradual reducción en el número de nuevos protocolos. Hoy en día, los grandes competidores de los PLC son los ordenadores personales o PC, debido a las grandes posibilidades que éstos pueden proporcionar, aunque los PLC con su reducido tamaño y su gran versatilidad aun controlan el escenario industrial.

1.3.- PRINCIPIO DE UN SISTEMA AUTOMATICO.

El principio de todo sistema de control automático es la aplicación del concepto de realimentación o feedback (medición tomada desde el proceso que entrega información del estado actual de la variable que se desea controlar) cuya característica especial es la de mantener al controlador central informado del estado de las variables para generar acciones correctivas cuando así sea necesario. Este mismo principio se aplica en campos tan 4

CONTROLADORES LOGICOS PROGRAMABLES diversos como el control de procesos químicos, control de hornos en la fabricación del acero, control de máquinas herramientas, control de variables a nivel médico e incluso en el control de trayectoria de un proyectil militar. El uso de las computadoras digitales ha posibilitado la aplicación en forma óptima del control automático a sistemas físicos que hace algunos años atrás eran imposibles de analizar o controlar. Uno de estos avances esta dado por la aplicación de las técnicas de control difuso, aplicaciones con redes neuronales, simulación de sistemas de control y sistemas expertos entre otros.

1.4.- FASES DE ESTUDIO EN LA ELABORACIÓN DE UN AUTOMATISMO. Para el desarrollo y elaboración correcta de un automatismo, por el técnico o equipo encargado de ello, es necesario conocer previamente los datos siguientes: a)

Las especificaciones técnicas de los sistemas o proceso a automatizar y su correcta interpretación.

b)

La parte económica asignada para no caer en el error de elaborar una buena opción desde el punto de vista técnico, pero inviable económicamente.

c)

Los materiales, aparatos, etc., existentes en el mercado que se van a utilizar para diseñar el automatismo. En este apartado es importante conocer también:  

Calidad de la información técnica de los equipos. Disponibilidad y rapidez en cuanto a recambios y asistencia técnica.

El organigrama de la figura representa el procedimiento general o fases mas utilizado para el estudio del automatismo. A continuación se va a estudiar cada uno de los apartados descritos: a)

Estudio previo: es importante antes de acometer cualquier estudio medianamente serio de un automatismo el conocer con el mayor detalle posible las características, el funcionamiento, las distintas funciones, etc., de la máquina o proceso a automatizar; esto lo obtenemos de las especificaciones funcionales, esta es la base mínima a partir de la cual podremos iniciar el siguiente paso, es decir estudiar cuales son los elementos más idóneos para la construcción del automatismo

b)

Estudio técnico-económico: es la parte técnica de especificaciones del automatismo, relación de materiales, aparatos, su adaptación al sistema y al entorno al que se haya inscrito, etc. También aquí se ha de valorar la parte operativa del comportamiento del automatismo en todos sus 5

CONTROLADORES LOGICOS PROGRAMABLES aspectos, como mantenimiento, fiabilidad, etc. Es obvio que la valoración económica, que será función directa de las prestaciones del mismo, a de quedar incluida en esta parte del estudio. c)

Decisión final: en el apartado anterior se han debido estudiar las dos posibilidades u opciones tecnológicas generales posibles: lógica cableada y lógica programada con esta información y previa elaboración de los parámetros que se consideren necesarios tener en cuenta, se procede al análisis del problema.

Los parámetros que se deben valorar para una decisión correcta pueden ser muchos y variados algunos de los cuales serán específicos en función del problemas concreto que se va resolver pero otros serán comunes, tales como los siguientes:    

Ventajas e inconvenientes que se le asignan a cada opción en relación a su fiabilidad, vida media y mantenimiento. Posibilidades y ampliación y de aprovechamiento de lo existente en cada caso. Posibilidades económicas y rentabilidad de la inversión realizada en cada opción. Ahorro desde el punto de vista de necesidades para su manejo y mantenimiento.

Una vez realizado este análisis solo queda adoptar la solución final elegida.

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CONTROLADORES LOGICOS PROGRAMABLES 1.5.- OPCIONES TECNOLOGICAS. En la actualidad existen numerosos grupos de investigación en universidades y empresas punteras de todo el mundo que diseñan y desarrollan nuevos sistemas de control para aplicaciones complejas. Desde robots dotados con instrumentación avanzada (sensores división, de fuerza, etc.) que son controlados de forma autónoma o deforma remota para llevar a cabo operaciones médicas (laparoscopia) u operaciones en medios peligrosos (manipulación en centrales nucleares) o actuaciones en espacios físicos reducidos (robots limpiando o reparando tuberías de distribución de agua). Todos estos robots llevan sofisticados sistemas de control avanzado y el departamento de ingeniería de sistemas, automática e informática industrial de la UPC investiga en algunas de estas aplicaciones

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CONTROLADORES LOGICOS PROGRAMABLES CONCLUSIÓN. De acuerdo al análisis efectuado, se concluye que por medio de la implementación de un dispositivo de control PLC es posible optimizar el tiempo de procesamiento, elevando con ello la capacidad productiva del sistema. El empleo de un controlador lógico programable en el departamento de empaque, representa la alternativa más viable de solución a la problemática planteada y a posibles incidentes que pudieran surgir en el futuro. Hoy en día su campo de aplicación en nuestro país, es muy amplio ya que utilizarlo, garantiza un elevado nivel competitivo.

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