Controlador lógico programable (PLC)

Un controlador lógico programable (PLC) funciona para controlar un sistema informático en una organización industrial. Los PLC monitorean las entradas al sistema y luego toman decisiones sobre las salidas relacionadas. Usualmente utilizados para monitorear motores o máquinas, los PLC son a menudo la base de un sistema de mantenimiento predictivo , que puede advertir a las empresas sobre posibles problemas antes de que causen averías importantes.

En esta publicación, cubriremos:

• La historia del PLC
• Tipos y componentes de PLC
• Lista de verificación y mejores prácticas de mantenimiento de PLC
• Aplicaciones de PLC de la vida real
• Riesgos y beneficios de PLC

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Historia del PLC

Dick Morley explica que construyó el primer PLC en su garaje sin darse cuenta de que lo estaba construyendo. El negocio basado en el garaje de Morley desarrolló un diseño de relé simple con cuatro salidas, que resultó atractivo para las empresas automotrices en 1969.

Para 1973, Michael Greenburg había creado un PLC que estaba disponible comercialmente, y Modicon lo perfeccionó para que lo usaran General Motors y Landis. Los relés físicos, las conexiones por cable y los temporizadores se beneficiaron de la lógica de escalera del PLC, que permitió una mayor funcionalidad sin mucho cableado y hardware nuevos.

Durante los siguientes siete años, el software basado en PC entró en escena, lo que significaba que los PLC podían programarse, las velocidades de procesamiento podían aumentarse y las nuevas características podían desarrollarse más fácilmente.

A principios de siglo, una versión avanzada de PLC pasó a llamarse controlador de automatización programable (PAC). PAC continuó usando software basado en PC, pero agregó una interfaz hombre-máquina (HMI) y administración de activos. Si bien las organizaciones más grandes comenzaron a usar PAC, las pequeñas y medianas empresas todavía encontraron que la tecnología PLC menos avanzada era extremadamente beneficiosa para sus empresas.

Conceptos básicos de PLC

Los fabricantes usan PLC para monitorear entradas seleccionadas de manera continua. Luego ejecutan estas entradas a través de un sistema informático para generar salidas apropiadas. El resultado final es que los equipos industriales, las líneas de producción y los procesos de fabricación se vuelven más eficientes. Los PLC ayudan a ajustar o repetir operaciones específicas mientras recopilan y comparten datos que pueden ayudar a los fabricantes a tomar mejores decisiones.

La belleza de los sistemas PLC es que se pueden personalizar para usar dispositivos de entrada y salida particulares. Al aprovechar la flexibilidad de los PLC y comprender las tecnologías relacionadas, puede elegir y crear la mejor solución para satisfacer las necesidades de su organización.

PAC : como se mencionó anteriormente, el PLC generalmente se usa para el control de máquinas, mientras que los PAC están diseñados para sistemas de automatización más complejos que incluyen HMI, control de procesos avanzado o gestión de activos.

SCADA : significa control de supervisión y adquisición de datos y, a menudo, funciona como el socio de software de un sistema de hardware PLC. Cuando se implementan juntos, SCADA y PLC pueden formar la columna vertebral de un sistema de mantenimiento predictivo.

DCS : un sistema de control distribuido (DCS) se compone con frecuencia de varios PLC. Cada PLC está asignado a un proceso o máquina; un DCS son varios PLC que manejan las necesidades de una planta de fabricación más grande. Están conectados a través de un complejo sistema de comunicación, lo que brinda al gerente una mejor vista panorámica de toda la instalación.

DDC : Conocido como control digital directo, DDC recopila información del sensor, la asigna al dominio adecuado y administra los actuadores, a menudo para aplicaciones de automatización de edificios.

HMI : HMI es el componente de un PLC que permite que un empleado interactúe con una máquina directamente. Un técnico puede revisar datos, ajustar entradas, gestionar salidas o tomar decisiones relacionadas utilizando la HMI.

Tipos y Componentes de PLC

Como sabemos, el PLC es una especie de cerebro de la planta de fabricación que permite a la gerencia y a los técnicos mantener un mejor control de varios procesos y equipos. Estos sistemas informáticos pequeños pero potentes están diseñados para aplicaciones industriales y, a menudo, pueden funcionar en condiciones ambientales adversas.

Los PLC suelen ser compactos o modulares. Los PLC compactos tienen un número determinado de capacidades de entrada y salida y funcionan bien para aplicaciones más pequeñas. Los PLC modulares permiten una expansión más sencilla de un sistema general. Las empresas más grandes o en crecimiento pueden optar por sistemas modulares, que pueden personalizarse para una necesidad actual y agregarse más adelante.

Componentes clave

Aunque los PLC son personalizables, cada uno incluye componentes clave comunes.

Entradas : La información recopilada por los PLC llega a través de diferentes dispositivos de entrada. Pueden incluir datos generados por sensores de equipos específicos o provenir de personas que ingresan datos manualmente a través de diales o botones.

Salidas : los dispositivos de salida incluyen cosas como válvulas, luces y relés que responden a los resultados interpretados de los datos de entrada.

CPUs : También conocido como el cerebro del PLC, las unidades centrales de procesamiento evalúan los datos en base a reglas preestablecidas para generar acciones para los dispositivos de salida.

Comunicaciones : una red de equipos de comunicación y protocolos asociados ayudan a que los datos fluyan en toda la organización según sea necesario.

HMI : esta interfaz permite a los gerentes y técnicos extraer los datos de un sistema PLC. En última instancia, la información debe utilizarse para tomar decisiones comerciales y relacionadas con las instalaciones.

Pasos operativos típicos del PLC

El PLC monitorea las entradas conectadas de sus dispositivos específicos y luego las mide contra cualquier regla o parámetro que se haya establecido. La CPU considera si se debe activar alguna salida en función de los requisitos lógicos programados. Si es así, los componentes de salida le indican a los dispositivos que realicen una acción, como encender o apagar algo o cambiar la velocidad de un proceso.

Durante este tiempo, el PLC puede acumular verificaciones generales y comunicar resultados a través de una HMI. Este proceso puede comenzar y finalizar según las indicaciones de un técnico o repetirse continuamente.

Mantenimiento de PLC

Al igual que cualquier otro sistema importante en un entorno industrial, es importante mantener su sistema PLC en buen estado para garantizar que funcione de la mejor manera posible.

Lista de verificación de mantenimiento de PLC

Las siguientes tareas deben ser parte de cualquier programa general de mantenimiento de PLC. Es posible que sea necesario agregar otros, según las necesidades particulares de su instalación y equipo. Asegúrese de que estas tareas se programen regularmente con la planificación del mantenimiento preventivo .

Limpie el polvo : cualquier entorno industrial generará polvo con el tiempo, y este polvo puede causar estragos en un sistema informático tan complejo como un PLC. Asegúrese de quitar el polvo de todos los dispositivos de entrada y salida, así como del propio hardware con regularidad. Aunque es posible que desee utilizar un recinto con poco polvo para ayudar, asegúrese de que la ventilación siga siendo adecuada.

Cambie los filtros : en la misma línea, asegúrese de cambiar los filtros de ventilación en cualquier gabinete de PLC para ayudar con el control del polvo. La frecuencia debe ser determinada por las condiciones ambientales y las necesidades específicas.

Área ordenada : si encuentra que cosas como papeles, libros y manuales tienden a acumularse alrededor de su área de PLC, esto puede causar problemas de ventilación. Asegúrese de ordenar el área para garantizar un flujo de aire adecuado.

Inspeccionar conexiones : un PLC se basa en conexiones sólidas para hacer su trabajo correctamente. Asegúrese de revisar periódicamente cosas como enchufes, enchufes y terminales para asegurarse de que todas las conexiones estén seguras. Las áreas con altas vibraciones son más propensas a conexiones sueltas, así que asegúrese de revisarlas con más frecuencia, especialmente cosas como tornillos y pernos.

Reemplazo de módulos : De vez en cuando, es posible que deba reemplazar los módulos de entrada o salida debido al desgaste general. Asegúrese de seguir las instrucciones cuando reemplace los módulos en términos de apagar la energía según sea necesario.

Aumentar la conciencia : preste atención a la actividad inusual. Por ejemplo, si encuentra que los dispositivos de entrada y salida se queman con frecuencia, es posible que desee verificar si hay picos de energía o cortocircuitos. También es posible que desee emplear una fuente de energía de respaldo, por si acaso. Asegúrese de mantener su copia de seguridad también.

Copia de seguridad de datos : asegúrese de hacer periódicamente una copia de seguridad de sus datos en caso de que algo haga que su sistema pierda información crítica. La mayoría de las instalaciones eligen hacer esto al menos dos veces al año.

Verifique las condiciones ambientales : asegúrese de monitorear cosas como los niveles de humedad y la temperatura, ya que pueden dañar los componentes de su PLC. Los sensores pueden ayudarlo a monitorear estas condiciones durante todo el día.

Calibrar dispositivos : si alguno de sus dispositivos de entrada o salida requiere calibración, asegúrese de incluir esas tareas en su programa de mantenimiento preventivo. Asegúrese también de calibrar las tarjetas de circuitos cada seis meses.

Realice una inspección visual : Eche un vistazo regular a sus componentes en busca de decoloración y desgaste, así como olores a quemado.

Verifique las luces LED : si su sistema tiene indicadores LED, asegúrese de revisarlos regularmente. Le avisarán para cambiar la batería del módulo RAM u otros requisitos similares.

Revise el historial de errores: eche un vistazo a los informes regulares para ver si su sistema PLC ha notado algún indicador de escaneo o error. Asegúrese de encontrar la causa de estos problemas a tiempo.

Inspeccione los sensores : si los sensores son parte de su sistema PLC, asegúrese de que se mantengan según las recomendaciones del fabricante.

Fuente EMI : Verifique su cableado local para ver si tiene algún problema con la interferencia electromagnética. Asegúrese de que sus componentes de nivel inferior estén lejos de cables de alta corriente para evitar problemas de electricidad estática.

Revise la proximidad del equipo . Aunque su PLC debe estar cerca de la máquina que está controlando, asegúrese de mantener otros equipos, particularmente aquellos que generan ruido o calor, lejos de su PLC.

Manténgase actualizado : si su sistema tiene retiros, parches, avisos de productos o actualizaciones, asegúrese de incorporarlos en su programa de mantenimiento preventivo para mantenerse actualizado.

Frecuencia de mantenimiento

La frecuencia del mantenimiento debe determinarse instalación por instalación. Se deben considerar cosas como el entorno circundante, la frecuencia con la que se ejecutan las máquinas y el tamaño, las prioridades y la capacidad del personal de mantenimiento.

Las tareas básicas como quitar el polvo y ordenar deben realizarse diariamente para garantizar que el PLC pueda funcionar de manera óptima la mayor parte del tiempo. Las cosas como la copia de seguridad de los datos deben hacerse cada seis meses, independientemente de las condiciones.

Sin embargo, será necesario programar otras tareas de mantenimiento preventivo en función del tiempo o del uso. El software CMMSre puede recopilar fácilmente datos históricos para ayudarlo a establecer el programa ideal de mantenimiento preventivo. Por ejemplo, si ve que un componente en particular tiende a romperse cada 8 o 9 meses, es posible que desee programarlo para que se cambie dos veces al año para evitar que se rompa.

Mejores prácticas de mantenimiento

Además de estos consejos comunes de mantenimiento, es posible que desee considerar las siguientes mejores prácticas para ayudarlo a perfeccionar su programa de mantenimiento preventivo.

Inventario de PLC : dado que los fabricantes pueden tener un PLC para cada proceso o equipo, es fácil perderlos de vista con el tiempo. Asegúrese de registrar cuántos tiene, identificando información como la marca o el número de modelo, qué máquinas controlan y su historial de mantenimiento.

Capacite a los empleados : asegúrese de que al menos una persona por turno sepa cómo usar, reparar y mantener sus PLC.

Comprométase con una sola marca: al apegarse a la misma marca de PLC, puede optimizar más fácilmente la capacitación, el mantenimiento, las piezas de repuesto y el uso.

Equipo de protección : Considere invertir en gabinetes, filtros y protección de energía con bajo contenido de polvo para prolongar la vida útil de su PLC.

Repuestos en inventario : asegúrese de tener una cantidad razonable de piezas para mantener su sistema PLC y una forma de rastrear su ubicación, uso y reposición.

Beneficios del mantenimiento de PLC

Cuando invierte en un plan sólido de mantenimiento preventivo, puede esperar generar ahorros de costos, mejorar la eficiencia, aumentar la producción y experimentar otros beneficios. Aquí hay algunas ventajas comunes de un sistema de mantenimiento de PLC.

Prolongue la vida útil del PLC : aunque los PLC están diseñados para operar de manera efectiva en entornos industriales, puede extender aún más la vida útil de su equipo con un programa de mantenimiento sólido.

Aumente el tiempo de actividad . Mantenga su equipo funcionando de manera más consistente y eficiente cuando tenga un sistema PLC bien mantenido. Su PLC, después de todo, a menudo es responsable de mantener sus procesos en funcionamiento.

Ahorre dinero : hay ahorros de costos obvios por menos tiempo de inactividad, pero un sistema de PLC bien mantenido también puede ayudarlo a mejorar cosas como su inventario de piezas de repuesto. Evite el envío nocturno o la pérdida de costos de mano de obra asociados con no tener las piezas correctas en stock o bien organizadas.

Aplicaciones de PLC de la vida real

Los sistemas PLC son flexibles y aplicables a una amplia variedad de industrias. Aquí hay algunas aplicaciones de la vida real de la tecnología PLC.

Gas de petróleo

Las empresas que operan en la industria del petróleo y el gas a menudo agregan sitios de plataformas de pozos como parte de sus planes de expansión. Estos sitios permiten a las empresas perforar más de un pozo en cada ubicación, lo que significa más producción en un área de superficie más pequeña.

Cada uno de estos pozos, que pueden tener de uno a seis pozos, debe tener un PLC individual. Estos sistemas utilizan bombas, válvulas y sensores para funcionar de manera eficaz y eficiente. Al desarrollar un único sistema PLC escalable que incorpora HMI, las compañías de petróleo y gas pueden manejar todas sus plataformas de pozos de forma rápida y sencilla.

Los PLC en las plataformas de pozos permiten que la computadora lea con precisión las entradas y comparta las salidas para ubicaciones específicas. Los técnicos pueden ser enviados de manera eficiente a las plataformas de pozos que requieren reparación, mantenimiento o inspección adicional sin clasificar manualmente los datos de las plataformas de pozos. Agregar plataformas de pozos es simple ya que la infraestructura y la capacitación ya existen.

Empresas de vidrio

Los fabricantes que fabrican productos de vidrio utilizan PLC junto con tecnología de bus para administrar las proporciones de materiales y los procesos de producción. Las empresas de vidrio deben emplear procesos sofisticados y complicados, que requieren la recopilación de datos y un control de calidad preciso. La tecnología PLC puede ayudar con ambos.

Fabricación de papel

Dentro de esta industria, los PLC pueden ayudar a controlar las máquinas que frecuentemente funcionan a velocidades muy altas, como la impresión de periódicos y libros.

Empresas Cementeras

Los hornos de cemento requieren proporciones específicas de materiales para producir cemento de alta calidad. Un sistema PLC puede controlar la molienda de bolas, los hornos de eje y los hornos de carbón.

climatización

Todas las empresas deben administrar un sistema de calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) para mantener un clima cómodo, seguro y saludable para los empleados. Dentro de ciertas industrias, las especificaciones de HVAC pueden tener que estar dentro de tolerancias estrictas. Por ejemplo, ciertas instalaciones electrónicas o laboratorios médicos pueden tener rangos de temperatura o humedad muy estrechos que son aceptables para equipos sensibles.

A menudo, estas aplicaciones utilizan sensores que pueden enviar una alerta tan pronto como se excedan los límites aceptables. Un sistema PLC puede entonces notificar al equipo de mantenimiento que se requiere una reparación inmediata. Esto puede evitar daños costosos en equipos electrónicos o el deterioro de alimentos, bebidas o productos médicos.

Incluso en aplicaciones básicas de control de clima, se pueden vincular varios PLC para facilitar la administración del edificio en una ubicación centralizada.

Otras industrias

Estas son solo algunas industrias que a menudo usan sistemas PLC. Otros incluyen atención médica, textiles, aeroespacial, automotriz, producción de alimentos y muchos otros.

Riesgos y beneficios de PLC

Como con cualquier sistema, los PLC conllevan riesgos y beneficios con la implementación. Esto puede multiplicarse a medida que crece el sistema PLC dentro de una gran organización. Las empresas deben sopesar ambos lados y determinar la mejor solución para su organización.

Riesgos PLC

Muchos de los riesgos asociados con los PLC están conectados entre sí y pueden ser mayores a medida que crece el tamaño de su sistema. Estos son los principales problemas a tener en cuenta:

Defecto del dispositivo de E/S : cuando un dispositivo de entrada o salida deja de funcionar, todo el sistema PLC está en riesgo. Esto puede deberse a un corte de energía y puede provocar una parada repentina de todo el sistema. Por lo general, el PLC está esperando una señal para comenzar su siguiente secuencia de actividades. Para resolver este problema, un ingeniero generalmente debe encontrar la causa de la parada y rastrearla hasta el dispositivo específico. Cuando muchos dispositivos experimentan problemas regularmente, puede haber una fluctuación de energía, un error interno o un corte de energía.

Problemas de energía : aunque esto está algo fuera del control de una empresa, los cortes de energía y las fluctuaciones pueden generar riesgos de PLC. Asegúrese de monitorear aquellas cosas que están bajo su control, como reemplazar los cables de extensión desgastados o emplear un sistema de energía de respaldo, que también debe revisarse y mantenerse regularmente.

Problemas de conexión a tierra : algo relacionado con problemas de energía, la conexión a tierra del equipo PLC es fundamental para la seguridad de quienes trabajan en sus instalaciones. Considere una barrera eléctrica contra el ruido blanco que pueda evitar las distracciones durante las fallas.

Interferencia : la interferencia externa es común en entornos que tienen muchos componentes eléctricos. Tanto la interferencia de radio como la electromagnética crean el mayor riesgo para las operaciones de fabricación. Pueden ser el resultado de sistemas de radio portátiles, motores grandes que arrancan, rayos o antenas de radio cercanas.

Problemas de temperatura : como todos los componentes eléctricos, los PLC son sensibles al calor. Si hay otros equipos generadores de calor cerca, pueden elevar la temperatura ambiente a niveles peligrosos.

Tiempo de inactividad costoso : todos los problemas anteriores pueden generar un tiempo de inactividad costoso. Después de todo, se confía en un PLC para mantener su equipo crítico funcionando sin problemas. Cuando los controles fallan, el equipo falla y los procesos pueden detenerse bruscamente.

Ventajas del PLC

Aunque existen riesgos con los sistemas PLC, también existen muchas ventajas. Los sistemas PLC son fáciles de integrar, requieren poco espacio y resultan en aumentos de productividad, entre otros.

Facilidad de integración : los PLC son por naturaleza fáciles de integrar porque son dispositivos en red. La conclusión es que los cambios y las expansiones se pueden programar en el propio sistema, liberando el tiempo de los gerentes y técnicos para que se concentren en otras prioridades.

Mayor productividad : muchas de esas otras prioridades pueden resultar en ganancias significativas de productividad. Por ejemplo, se pueden reducir los tiempos del proyecto y disminuir el tiempo de inactividad. Además, es posible que tenga que mantener menos sistemas y un mejor sistema para organizar y recuperar datos.

Huella de espacio reducido : los PLC ocupan muy poco espacio físico si se tiene en cuenta la amplitud del trabajo que realizan las 24 horas del día. Como resultado, puede eliminar salas de servidores y otros tipos de hardware y software.

Flexibilidad del proyecto : debido a que los datos se almacenan en un conjunto de dispositivos en lugar de en un sistema dispar, tiene más flexibilidad para todos y cada uno de los proyectos. También permite una expansión más sencilla de todo el sistema mediante la adición de dispositivos y equipos de PLC según sea necesario.

Facilidad de solución de problemas : el hecho de que los PLC estén compuestos por varios dispositivos de entrada y salida facilita la identificación y reparación de problemas. Solo hay tantas cosas para verificar en cada componente, lo que significa un proceso simple para identificar puntos problemáticos.

Seguridad : la mayoría de los sistemas PLC tienen altos niveles de seguridad y controles de seguridad para proteger los datos que contienen. Además, las empresas pueden acceder a información confidencial de manera más segura que en sistemas más amplios y convencionales.

Conclusión

Los PLC juegan un papel crítico en las empresas industriales de hoy, particularmente para los pequeños y medianos fabricantes. Son una excelente solución que permite monitorear de cerca equipos y maquinarias importantes las 24 horas del día. Son fáciles de mantener y ampliar según sea necesario. Aunque algunos riesgos están asociados con los PLC, también ofrecen muchas ventajas. Los PLC proporcionan una solución flexible, confiable y segura para formar la base de un programa de mantenimiento predictivo.