El PLC como alternativa al automatismo

 Muchos de ustedes, en más de una oportunidad, han escuchado hablar del PLC, o lo que es lo mismo, el CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE, ¿No es así?

 

Pero... ¿Qué es un PLC?

 

El PLC es la denominación dada al Controlador Lógico Programable, y se define como un equipo electrónico inteligente diseñado en base a microprocesadores, que consta de unidades o módulos que cumplen funciones específicas, tales como, una unidad central de procesamiento (CPU), que se encarga de casi todo el control del sistema, módulos que permiten recibir información de todos los sensores y comandar todos los actuadores del sistema, además es posible agregarle otros módulos inteligentes para funciones de pre-procesamiento y comunicación.

 

El PLC es utilizado para automatizar sistemas eléctricos, electrónicos, neumáticos e hidráulicos de control discreto y análogo. Las múltiples funciones que pueden asumir estos equipos en el control, se debe a la diversidad de operaciones a nivel discreto y análogo con que dispone para realizar los programas lógicos sin la necesidad de contar con equipos adicionales.

 

Pero... ¿Es eso todo? ... NO

 

Es importante, también, resaltar el bajo costo que representa respecto a una serie de equipos que cumplen las mismas funciones, tales como: relés auxiliares, temporizadores, contadores, algunos tipos de controladores, etc.

 

Pero no solamente el PLC está limitado a realizar este trabajo, sino a múltiples funciones avanzadas.

 

A las diversas ventajas que tiene el PLC respecto a la alternativa convencional, se suma la capacidad que tiene para integrarse con otros equipos, a través de redes de comunicación. Esta posibilidad toma, cada día, mayor aceptación en la industria, por su capacidad de comunicarse con otros equipos y por el costo adicional razonable.

 

Son estas las razones que obligan a analizar, antes de tomar una decisión, cuándo se requiere automatizar un sistema; sin duda, hoy en día el PLC representa una buena alternativa para la automatización.

 

Ventajas de los PLCs respecto a la Lógica Convencional

 

Son muchas las ventajas que resaltan, a simple vista, el empleo de los PLCs para automatizar sistemas, desde aplicaciones básicas hasta sistemas muy complejos. Actualmente, su uso es tan difundido que ya no se requiere mucho análisis para decidir qué técnica emplear: si la lógica cableada en base a relés o la lógica programada en base al PLC. Sin embargo, a continuación se fundamenta cada una de estas ventajas, con el propósito que el lector reconozca mejor el panorama.

 

Menor costo

 

Las razones que justifican una mayor economía a la alternativa del uso del PLC, especialmente en aplicaciones complejas, se da porque prescinde del uso de dispositivos electromecánicos y electrónicos, tales como: relés auxiliares, temporizadores, algunos controladores, contadores, etc., ya que estos dispositivos simplemente deben ser programados en el PLC sin realizar una inversión adicional. El costo que implica invertir en los equipos anteriormente señalados, es muy superior al costo del PLC, además de otras ventajas con que cuenta y no son cuantificadas.

 

Menor espacio

 

Un tablero de control que gobierna un sistema automático mediante un PLC, es mucho más compacto que un sistema controlado con dispositivos convencionales (relés, temporizadores, contadores, controladores, etc.) esto se debe a que el PLC está en capacidad de asumir todas las funciones de control. La diferencia de espacio se hace muy notable, cuando por medios convencionales se cuenta con varios tableros de control.

 

Confiabilidad

 

La probabilidad para que un PLC pueda fallar por razones constructivas es insignificante, exceptuando errores humanos que pueden surgir en algunas partes vulnerables (módulos de salida). Esto se debe a que el fabricante realiza un riguroso control de calidad, llegando al cliente un equipo en las mejores condiciones; además, sus componentes son de estado sólido, con pocas partes mecánicas móviles, haciendo que el equipo tenga una elevada confiabilidad.

 

Versatilidad

 

La versatilidad de estos equipos radica en la posibilidad de realizar grandes modificaciones en el funcionamiento de un sistema automático... con sólo realizar un nuevo programa y mínimos cambios de cableado. Además, es importante resaltar, que el tiempo empleado en realizar modificaciones, comparado con la técnica por lógica cableada, es significante.

 

Poco mantenimiento

 

Estos equipos, por su constitución de ser muy compactos, respecto a la cantidad de trabajo que pueden realizar, y además, porque cuentan con muy pocos componentes electromecánicos, no requieren un mantenimiento periódico, sino lo necesario para mantenerlo limpio y con sus terminales ajustados a los bornes y puesta a tierra.

 

Fácil instalación

 

Debido a que el cableado de los dispositivos, tanto de entrada como de salida, se realiza de la misma forma y de la manera más simple, además que no es necesario mucho cableado, su instalación resulta sumamente sencilla en comparación a la lógica convencional, que sí se requiere de conocimientos técnicos avanzados.

 

Compatibilidad con dispositivos sensores y actuadores 

 

Actualmente las normas establecen que los sistemas y equipos sean diseñados bajo un modelo abierto, de tal manera que para el caso de los PLCs éstos puedan fácilmente conectarse con cualquier equipo sin importar la marca ni procedencia. Hoy en día, casi todas las marcas de PLCs están diseñadas bajo este modelo.

 

Integración en redes industriales

 

El avance acelerado de las comunicaciones obliga a que estos equipos tengan capacidad de comunicarse a través de una red y de este modo trabajar en sistemas jerarquizados o distribuidos, permitiendo un mejor trabajo en los niveles técnicos y administrativos de la planta.

 

Detección de fallas

 

La detección de una falla resulta sencilla porque dispone de leds indicadores de diagnóstico tales como: estado de la CPU, batería, terminales de E/S, etc. Además, mediante el módulo de programación se puede acceder al programa en el modo de funcionamiento y recurrir a la memoria de errores ubicada en la CPU.

 

Fácil Programación

 

Programar los PLCs resulta fácil, por la sencilla razón que no es necesario conocimientos avanzados en el manejo de PCs, solamente es suficiente conceptos básicos. Por otro lado, existen diversas representaciones de programación donde fácilmente el usuario se adapta a la representación que mejor se familiariza. Sus instrucciones y comandos son transparentes y entendibles, requiriendo de poco tiempo para lograr ser un experto.

 

 

Menor consumo de energía

 

Como todos sabemos, cualquier equipo electromecánico y electrónico requiere un consumo de energía para su funcionamiento, siendo dicho consumo representativo cuando se tiene una gran cantidad de ellos; sin embargo, el consumo del PLC es muy inferior, lo que se traduce en un ahorro sustancial.

 

Lugar de la instalación

 

Por las características técnicas que presenta en cuanto a los requisitos que debe cumplir para su instalación, tales como: nivel de temperatura, humedad, ruido, variaciones de tensión, distancias permisibles, etc. fácilmente se encuentra un lugar en la planta dónde instalarlo, aún en ambientes hostiles.

 

AHORA QUE TIENE MUY CLARA SUS VENTAJAS, NO SE OLVIDE DE APLICARLAS CUANDO TOME UNA DECISIÓN EN UN PROYECTO DE AUTOMATIZACIÓN

Puede resultar atrevido de mi parte intentar escribir un curso de Sistemas de Control Distribuido (DCS), y siento que mi corta experiencia (+- 3 años) utilizando estos sistemas no me dan tal DERECHO. Pero creo que si tengo el DERECHO de mostrar lo que he aprendido, compartir mis experiencias, mis errores y sobre todo seguir aprendiendo de libros geniales como "Lessons In Industrial Instrumentation" de Tony R. Kuphaldt y "Process Control and Optimization" de Belá Lipták con todos ustedes, asi que con mi corta experiencia, la ayuda de estos dos libros magnificos y mi ATREVIMIENTO sacaremos adelante este proyecto "escribir un curso de Sistemas de Control Distribuido DCS". Asi que no los canso mas con palabreos, empecemos.

 

Aunque no hemos escrito un curso respecto a un concepto un poco antiguo llamado DDC (Direct Digital Control), los DCS se impusieron a esto y revolucionaron el concepto de control. El control digital directo (DDC) durante esa época sufría de un problema sustancial: EL POTENCIAL peligro de que exista una falla en un único computador digital que controlaba o ejecutaba MULTIPLES lazos de control PID, funciones que nunca debía detenerse. El control digital traje muchas ventajas, pero no valía la pena si existía el riesgo de que la operación de detuviera completamente (o fallara catastróficamente) seguido de un falla en el hardware o software en una única computadora.

 

Los controles distribuidos están destinados a solucionar esta preocupación teniendo múltiples computadores, cada una responsable de un grupo de lazos PID, distribuidos por las instalaciones y enlazados para compartir información entre ellas y con las consolas de operación. Ahora ya no había la preocupación de tener todos los lazos en un solo computador. La distribución de los computadores o controladores también ordeno el cableado de señales, dado que ahora cientos o miles de cables de instrumentos solo tienen que llegar hasta los nodos distribuidos, y no todo el camino hasta llegar la sala de control centralizada. Solo los cables de la red tenían que está enlazando a los controladores, representando una drástica reducción de cablead necesario. Además, el control distribuido introdujo el concepto de REDUNDANCIA en los sistemas de control industrial: donde la adquisición de señales digitales y las unidades de procesamiento estaban equipadas con un "spare" o "repuesto" para que automáticamente tomen el control de todas las funciones críticas en caso de ocurra una falla primaria.

 

En la siguiente figuro se muestra una arquitectura típica de un Sistema de Control Distribuido (DCS):

 

Arquitectura DCS

 

Cada rack contiene un procesador para implementar todas las funciones de control necesarias, con tarjetas individuales de entrada y salida (I/O) para convertir las señales de analógicas a digitales o vice-versa. La redundancia de procesadores, redundancia de cables de red, e incluso redundancia de tarjetas I/O es implementada para prevenir la falla en algún componente. Los procesadores de los DCS son usualmente programados para realizar una rutina de auto-revisión en sus componentes redundantes del sistema para asegurar la disponibilidad de los equipos spare en caso de alguna falla.

 

Si incluso hubiera una talla total en uno de los racks de control, solo los lazos PID de este único rack serán afectados, ningún otro lazo del sistema. Por otro lado, si los cables de red fallan, solo el flujo de información entre estos dos puntos se dañaría, el resto del sistema continua comunicando la información normalmente. Por lo tanto, una de las "leyes" o características clave de un DCS es su tolerancia a fallas serias: sin importar la falla de hardware o software el impacto en el control del proceso es minimizado por el diseño.

 

Algunos sistemas de control distribuido modernos a esta fecha (2011) son:

 

- ABB : 800xA
- Emerson: DeltaV y Ovation
- Invensys Foxboro: I/A Series e InFusion
- Honeywell: Experion PKS
- Yokogawa: CENTUM VP y CENTUM CS

 

En la siguiente figura se muestra un rack o gabinete del DCS I/A Series de Invensys Foxboro:

 

 

Aquí otra fotografía del Emerson DeltaV DCS con un procesador y múltiples I/Os:

 

Una fotografía de un DCS Emerson Ovation se muestra a continuación empotrado en un gabinete vertical:

 

 

Varios DCS modernos como el I/A Series de Invensys Foxboro usan computadores de terceros en vez de sus propias marcas como Estaciones de Operación. Esto aprovecha las tecnologías existentes en computadores de trabajos y las pantallas sin sacrificar la fiabilidad del control (ya que el hardware y software de control siguen siendo de tipo industrial).
Los PLC (Controladores Lógicos Programables) están teniendo más protagonismo en el control PID debido a su alta velocidad, funcionalidad y costo relativamente bajo. Ahora es posible con los PLC modernos en hardware y red construir una "copia" de un sistema de control distribuido como PLC individuales como nodos, y con construir la redundancia con estos nodos y no afectar la operación de controles críticos. Además estos sistemas se pueden comprar a un costo muy bajo respecto al costo inicial de un DCS.

 

Sin embargo, lo que actualmente le falta a los PLC es el mismo nivel de integración de hardware y software necesaria para construir sistemas de control distribuido funcionales, es decir como realmente viene de fábrica los DCS hoy en día: listos para usar y con sistemas pre construidos. En otras palabras, si una empresa elige construir su propio DCS usando controladores lógicos programables, ellos deberán estar preparados para HACER y GASTAR bastantes horas de trabajo en programación para tratar de emular el mismo nivel de funcionalidad y potencia de un pre-configurado y pre-desarrollado DCS.

 

Cualquier ingeniero o técnico que ha experimentado la potencia de los DCS modernos (con auto diagnóstico, administración de instrumentos inteligentes, auditoria de eventos, control avanzado, redundancia, recolección y análisis de datos, administración de alarmas, etc.) se dará cuenta que estas características no son para NADA fáciles de implementar para algún ingeniero. Ay de aquel que cree que estas características pueden ser implementadas o creadas por un staff de ingenieros a un menor costo y menor tiempo!! (Guerra avisada no mata gente: D)

 

 

 

Ventajas:

 

- Principio de aplicación universal para medir caudales de líquidos y gases.

- Medición directa del caudal másico (no requiere compensación de presión y temperatura).

 

Ventajas:


- Se pueden emplear con diámetros nomínales muy pequeños (DN desde 15 hasta 4.000 / desde 1/2 hasta 160").

 

Los caudalímetros basados en este principio se emplean en todos los ámbitos de la industria y en todos los países del mundo. La gran diversidad de modelos permite su aplicación incluso en procesos altamente corrosivos que involucren lodos abrasivos.

 

Ventajas:

 

- Ofrecen una excelente repetibilidad a corto plazo.

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