Programación en PLC antes y ahora: la historia de los PLC

Programación en PLC antes y ahora: la historia de los PLC

El primer PLC se introdujo a finales de la década de 1960.

Un controlador lógico programable es una computadora industrial. Está diseñado para ayudar en el control de los procesos de fabricación.

El sector del automóvil fue la primera industria en implementar PLC en sus operaciones. Su objetivo era reemplazar los relés y temporizadores cableados por controladores programables y flexibles.

Desde entonces, los PLC se han adoptado ampliamente como el sistema de control en la ingeniería de automatización para las industrias.

En este artículo discutiremos sobre la historia de la programación en PLC y cómo ha evolucionado a lo largo de los años.

El inicio de la programación en PLC

El primer PLC comenzó a desarrollarse en 1968. General Motors diseñó una especificación para un "controlador estándar de máquina " y lo distribuyó a los proveedores para solicitar un presupuesto. Algunos de los elementos principales de la especificación incluían los siguientes detalles:

• Deben usar componentes de estado sólido que deben ser modulares y expandibles
• Debe contener 16 unidades que se pueden ampliar a 256
• Debe tener 16 salidas que se puedan ampliar a 128
• Debe ofrecer una programación y reprogramación sencilla
• No debe perder programas almacenados durante cortes de energía, por lo tanto, que tenga al menos 1k de memoria que se pueda expandir a 4k

Richard E. Morley, que trabajaba para los asociados de Bedford, diseñó un dispositivo conocido como controlador digital modular.

Este dispositivo cumplía con todos los requisitos que pedía el controlador estándar de máquina. Cuando se probó el controlador modular en General Motors, mostró una reducción del 60 por ciento en el tiempo de inactividad.

PLC Modicon

Tras este éxito, Bedford Associates cambió su nombre a Modicon PLC. Comenzaron a producir el primer PLC, el Modicon 084.

Lo que diferenciaba al Modicon 084 de otros productos del mercado era su técnica de programación. Los demás estaban utilizando "expresiones booleanas" para manipular su equipo.

El álgebra booleana fue del matemático irlandés George Boole y se presentó en The Mathematical Analysis of Logic (1847). Las matemáticas booleanas son las matemáticas de unos y ceros, verdadero y falso. En esencia, consta de tres expresiones, Y, O y NO. Todas las computadoras usan este tipo de lógica.

A pesar de la simplicidad de la Lógica Booleana y del genio de George Boole, los programas Boolean Statement estaban bien para los científicos informáticos. Sin embargo, a los ingenieros de planta les resultó difícil trabajar con ellos, en comparación con la lógica de relés.

Los ingenieros estaban acostumbrados a utilizar sistemas de control de relés, que empleaban diagramas de escalera. Se los llama así ya que los circuitos de relé se dibujan entre un conjunto fase y neutro, se asemejan a los peldaños de una escalera.

La genial idea de Morley fue incorporar la "lógica de escalera" en su sistema. Ladder Logic es esencialmente una representación gráfica de Boolean Logic. Este fue el gran cambio. De esta manera, los ingenieros lo encontrarían más fácil de entender y usar que la lógica booleana. Ejemplo de cómo se puede expresar booleano como lógica de escalera. (Fuente: http://e-class.teilar.gr/)

Descripción del proceso

Un horno industrial con dos compartimentos puede calentar un lingote en cada parte posterior. Cuando el calentador está encendido, proporciona suficiente calor para dos lingotes. Pero, si solo hay un lingote, el horno puede calentarse demasiado, por lo que se usa un ventilador para enfriar el horno cuando pasa una temperatura establecida.

Descripción de control

Si la temperatura es demasiado alta y hay un lingote en un solo compartimiento, encienda el ventilador.

Definir entradas y salidas

B1 = compartimento 1 lingote presente

B2 = compartimento 2 lingote presente

F = Ventilador

T = Sensor de temperatura

Para cuando los 70 estaban llegando a su fin, Allen-Bradley y otros competidores habían desarrollado sistemas que rivalizaban con Modicon. La innovación comenzó a ser clave para capturar participación de mercado.

Los PLC se estaban volviendo más rápidos y poderosos. También hubo una rápida evolución de las herramientas de programación y documentación.

En sus inicios los PLC no tenían una plataforma para la documentación del programa. Por lo tanto, un programa tenía que estar escrito a mano o dibujado en un tablero de dibujo técnico antes de ingresarlo más tarde.

En este período se vio el desarrollo del Data Highway por Allen-Bradley y el Modbus por Modicon. Estas innovaciones permitieron a los PLC intercambiar información entre sí.

Además, se produjo el desarrollo de terminales de programación, los cuales permitieron a los programadores ingresar remotamente a programas lógicos. El programa final podría luego grabarse en una cinta de casete y luego descargarse a un PLC.

Otra característica era que podrían generar impresiones eliminando de esta manera la necesidad de los dibujos a mano que consumían mucho tiempo.

Los Años 80

En los 80 se vio la introducción de las primeras computadoras personales en las oficinas. Si bien no se puede comparar su velocidad con las computadoras de hoy, eran mucho más rápidas que dibujar en tableros de dibujo.

De hecho, casi todos los diseñadores habían reemplazado sus pizarras con una computadora de escritorio cuando la década de 1980 estaba llegando a su fin.

La incorporación de computadoras personales no se relegó solo al campo del diseño, sino también al área de producción.

Las PC comenzaron a utilizarse para interactuar directamente con los PLC. Junto con las mejoras de software, esto hizo que monitorear los movimientos de las máquinas fuera mucho más fácil.

En esa época, el programa PLC fue ampliamente reconocido como la herramienta de diagnóstico más útil. Al permitir solucionar eficazmente los problemas, fue considerado como la ventana a las máquinas.

No obstante, los diagnósticos de las máquinas todavía se encontraban en sus etapas primitivas.

A medida que los PLC evolucionaron, los lenguajes de programación se volvieron más poderosos y se desarrollaron otros lenguajes de programación cómo los diagramas de flujo, texto estructurado y lista de instrucciones. No obstante, la lógica de escalera seguía siendo popular debido a su diseño gráfico e intuitivo.

Finales de los 70

Uno de los hitos más importantes en la historia de los PLC fue la introducción de la especificación 31131-3 de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) en 1982.

Era el estándar por el cual, el desarrollo del software del PLC debía aplicar. El mismo se publicó en 1993 como Norma internacional IEC 1131 para controladores programables.

La introducción de IEC 61131-3 fue necesaria ya que trajo consistencia a todos los productos de software del mercado, permitiendo a los ingenieros y técnicos comprender fácilmente la lógica y el flujo del programa desde cualquier software de PLC.

Los noventa

A medida que llegaron los años 90, los usuarios finales comenzaron a realizar solicitudes especiales. Querían que su nueva maquinaria viniera con terminales industriales que tuvieran software de monitoreo PLC.

Los gerentes de planta querían tener máquinas que pudieran decirles lo que estaba mal, así los técnicos podrían resolver problemas reales en lugar de pasar horas ejecutando diagnósticos de problemas. Pero los programas de PLC en ese momento eran de diseño simple. Esto llevó al desarrollo de la interfaz programable hombre-máquina (HMI).

Interfaz hombre-máquina programable

Los prototipos de HMI eran modestos reemplazos de botones. Sin embargo, se pensó que no eran económicos para aplicaciones que tenían menos de 20 botones.

No obstante, su popularidad comenzó a crecer a medida que los fabricantes comenzaron a encontrarles mayores usos.

La información de monitoreo de máquinas se estaba volviendo cada vez más vital.

Esto incluyó información como problemas de la máquina, tiempo en automático, intervenciones manuales, conteos de producción y más. Todo eso estaba siendo monitoreado y mostrado en pantallas HMI y luego enviado a las computadoras centrales de la fábrica.

Cuando la década de 1990 llegó a su fin, las funciones de control lógico eran solo una pequeña parte de lo que podía hacer un programa de PLC. Esto se debía a que las HMI tenían tantos datos que los técnicos apenas veían la lógica del programa.

A finales de los años 90 se produjo la introducción de una nueva generación de PLC. Estos nuevos dispositivos fueron los que finalmente llevaron la conectividad de Internet a la fábrica.

Los megabytes se convirtieron en el nuevo estándar para medir la memoria del procesador. También se introdujeron tipos de datos definidos por el usuario. Estos permitieron la manipulación y el intercambio de datos de la máquina de muchas formas.

Los PLC en la actualidad

Desde un principio, ha existido la necesidad de reducir el tamaño de los sistemas de automatización para simplificar el soporte y el mantenimiento. Por este motivo, hoy somos testigos de las siguientes tendencias en tecnología PLC:

Con gran velocidad, las placas de circuito, los procesadores y otros componentes electrónicos están mejorando, volviéndose más pequeños y rápidos. Estas mejoras están influyendo en cómo se diseñan los PLC.

Sin embargo, cuesta la aceptación de estos cambios cuando se habla de la necesidad de solidez, confiabilidad y estabilidad.

Por lo tanto, la mejora más frecuente en la industria de los PLC es la velocidad. Esto está habilitado por procesadores más rápidos. Mejoran el tiempo de ciclo, tienen nuevas funciones de comunicación y una capacidad de memoria mejorada.

A medida que el mercado sigue presentando demandas, muchas funciones y características tradicionalmente asignadas a los PLC de alta gama se están abriendo camino hacia los productos de menor categoría.

Por lo tanto, puede esperar ver PLC más pequeños que detecten características asociadas con máquinas de primer nivel. Esto permite una solución más pequeña y compacta que los usuarios de hoy buscan.

Con respecto al tamaño de la memoria, los actuales PLC también se están aprovechando de la drástica disminución de los tamaños y los costos de la memoria de estado sólido.

Esto permite un almacenamiento mejorado de datos locales. Además, permite que los PLC se utilicen en muchas aplicaciones que tradicionalmente requerían costosos sistemas de adquisición de datos.

Esta característica también permite utilidades adicionales, como la capacidad de almacenar información a bordo, agilizando la resolución de problemas.

Dispositivos de memoria

Otra tecnología que se está abriendo camino en el mercado de controles industriales son los dispositivos de memoria portátiles. Estos dispositivos son muy beneficiosos para el usuario de PLC ya que le proporcionan grandes cantidades de almacenamiento adicional en paquetes pequeños. Por ejemplo, una tarjeta microSD puede agregar hasta 32 GB de memoria adicional al PLC.

La fusión entre el PLC y el PAC

Los controladores de automatización programables (PAC) son controladores industriales modulares reforzados. A menudo utilizan un procesador basado en PC. Esto les permite tener más flexibilidad y profundidad en la programación.

Durante mucho tiempo, los proveedores de la industria de controles industriales han citado las diferencias entre los PAC y los PLC.

Sin embargo, a medida que evoluciona la tecnología PLC, los ingenieros de automatización dejan de preocuparse por sus diferencias y comienzan a centrarse en el rendimiento y las funciones disponibles, permitiendo definir mejor sus sistemas.

Los PAC y PLC continuarán fusionándose a medida que evolucionen. Mientras eso sucede, es probable que haya oportunidades en el mercado para procesadores de alta y baja gama.

A medida que la tecnología de hardware continúe evolucionando, también comenzarán a incorporarse características avanzadas en los procesadores de bajo nivel.

Como resultado, los fabricantes de dispositivos de alta gama se verán obligados a incluir aún más opciones y funciones en sus productos.

Características avanzadas

A medida que los procesadores se vuelven más rápidos y las memorias de almacenamiento se vuelven aún más grandes, se despliegan funciones más avanzadas en el mercado. Como por ejemplo, la integración de sistemas de visión, control de movimiento, así como soporte sincronizado para múltiples protocolos de comunicación. Todo esto manteniendo la naturaleza simplista que hace que el PLC sea ideal para la mayoría de los consumidores.

En el período en el que PLC y PAC han estado enfrentados, hemos sido testigos de un desarrollo más rápido de ambos productos.

Los PAC permiten a sus consumidores probar los límites de lo que se considera automatización industrial tradicional, obligando a los fabricantes de PAC a desarrollar productos que puedan satisfacer esas demandas.

Por lo tanto, los diseñadores de productos deben crear diseños innovadores. Estos sostienen los componentes disponibles y los integran en sistemas resistentes Para que puedan soportar el duro entorno industrial.

Ladder Logic llegó para quedarse

Como se mencionó anteriormente, hace aproximadamente medio siglo, el diagrama de escalera reemplazó la lógica de relé cableada.

Si bien la lógica de escalera simplificó las cosas para los ingenieros y técnicos, tiene algunos inconvenientes. En particular, no es eficiente en el manejo de datos y el control de procesos.

Esto generó el desarrollo de otros lenguajes de programación de controladores industriales por IEC 6113. El estándar cubre lo siguiente:

Lógica de escalera

Texto estructurado

Bloque funcional

Lista de instrucciones

Gráficos de funciones secuenciales

Por ejemplo, los diagramas de flujo secuenciales son mejores para el control de procesos. El texto estructurado es bueno para la manipulación de datos.

Otros idiomas también tienen sus puntos fuertes. No obstante, el diagrama de escalera se ha mantenido en curso a través de varios avances y sigue siendo el lenguaje más deseado en los lenguajes de programación de PLC.

La Fábrica conectada

El cambio más impactante que se espera en el futuro de los PLC es su integración con la planificación de recursos empresariales. Además de sincronizar con otros sistemas informáticos de alto nivel hasta las instalaciones de la fábrica.

En el pasado, la extracción de datos y su transmisión a esos sistemas era una tarea de integración importante. Sin embargo, se espera que las tecnologías futuras tengan características, funciones y ganchos que permitan una integración simplificada.

El ascenso del Ethernet industrial y la Internet Industrial de las cosas.

El escenario de la conectividad industrial ha sido testigo de cambios importantes. La Ethernet industrial es la red preferida en fábricas.

Una red Ethernet industrial puede manejar grandes cantidades de datos y a velocidades más rápidas. Esto lo hace ideal para las aplicaciones de alta gama y con gran cantidad de datos que normalmente contiene un PLC.

Otra razón clave para la adopción de Ethernet industrial es el reciente desarrollo de la Internet industrial de las cosas.

IoT permite a los fabricantes conectar todos sus equipos para que se comporten como un solo módulo. Esto es posible gracias a conectores y sensores.

Se instalan en los PLC y otros dispositivos industriales para que la recopilación de datos sea más eficiente. Esto permite que los gerentes de planta puedan ver en tiempo real lo que está sucediendo en el piso y garantizar que las áreas problemáticas se detecten tan pronto como surjan.

Necesidades del usuario

Los proveedores de controladores deben tener en cuenta las necesidades de los clientes. Esto significa idear nuevas soluciones de PLC.

Es probable que el PLC siga siendo el estándar de oro para los controladores de automatización. No obstante, es posible que se produzcan muchos cambios en la programación del PLC que mejorarán su propósito y rendimiento.

Por lo tanto, puede ser que los PLC se vuelvan más pequeños, contengan más funciones y sigan siendo resistentes. Esencialmente, será un sistema de automatización industrial totalmente nuevo con un nombre antiguo.

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