Cómo elegir un controlador de automatización industrial

Al elegir un controlador de automatización industrial, hay varios términos importantes a considerar, no solo aquellos que tienen las palabras PLC, PAC o IPC en ellos . Los requisitos de la aplicación deben definirse claramente, mientras que las necesidades de escalabilidad deben tenerse en cuenta antes de tomar una decisión.

Para empezar, dividir las necesidades de funcionamiento del equipo es un buen punto de partida, lo que ayudará a los usuarios a evaluar la gama de controladores especificados por los fabricantes de máquinas. El sistema de automatización puede proporcionar una solución integral o un control individual, dependiendo de cómo encaje en el escenario de fabricación.

Un controlador lógico programable (PLC), un controlador de automatización programable (PAC) o una computadora personal industrial (IPC) pueden proporcionar control para una sola estación, máquina, línea de ensamblaje o incluso toda la planta. En el caso de un sistema de fabricación integrado, se puede utilizar un solo controlador grande con bases de entrada/salida remotas, que se comunica a través de Ethernet para proporcionar un control de extremo a extremo. Sin embargo, puede haber momentos en los que la aplicación requiera un enfoque modular, donde sería más adecuado dividir el sistema de automatización en secciones lógicas. En tales casos, la automatización se compartimenta y se distribuye entre los PLC más pequeños, según la carga de trabajo.

Algunos expertos en automatización ven estas dos decisiones a kilómetros de distancia, y concluyen que ambas requieren plataformas diferentes. Pero esto no tiene que ser cierto. Hay algunos fabricantes que tienen controladores que ofrecen diferentes opciones de tamaño, todos compatibles con el mismo software de programación. La presencia de un solo entorno de programación significa que se puede infundir flexibilidad dentro del sistema, mientras que los costos asociados con el desarrollo del programa se pueden reducir, ya que los proyectos se pueden trasladar de un PLC a otro.

Sin embargo, la decisión abrumadora es decidir si se utilizará un PLC grande para un solo programa o si se utilizará un enfoque modular. La decisión es mucho más compleja que elegir un PLC , PAC o controlador basado en PC. Tener en cuenta los siguientes factores puede ayudar a construir una buena base:

• Sistema nuevo o existente
• Dispositivos discretos
• Cuestiones medioambientales
• Control de bucle
• Dispositivos analógicos
• Módulos de especialidad
• Ubicaciones de E/S
• Comunicación
• Programación

Ya sea que el sistema sea nuevo o existente, puede ayudar a aclarar muchas confusiones e influir en los factores restantes para la selección. Si los productos ya están instalados, la compatibilidad se vuelve de suma importancia, neutralizando la cantidad de productos que no sirven.

La elección del controlador también depende de las condiciones ambientales. Si hay condiciones extremas, como las relacionadas con la temperatura, la humedad, el polvo, etc., el controlador deberá cumplirlas para seguir funcionando.

Número, tipos y ubicación de E/S

Definición del recuento de E/S y los tipos de dispositivos de campo son los siguientes en la lista. Comience enumerando todas las entradas y salidas discretas en una hoja de cálculo, definiendo cada tipo, p. sensor digital, sensor analógico, actuador, válvula de control, etc. Los parámetros que se deben anotar incluyen protocolo de comunicación, potencia equivalente, etc.

El tipo y número de puntos de E/S tiene un gran impacto en la selección de la plataforma de control. Los fabricantes de máquinas a menudo cometen el error de elegir controladores que puedan satisfacer las necesidades inmediatas sin dejar espacio para futuras expansiones. Al incluir espacio para la expansión, en al menos un 20 %, I/O puede evitar crisis importantes en el futuro. También hay algunos controladores que tienen tipos limitados de E/S, como entradas analógicas de alta velocidad, etc. Esto también puede convertirse en un problema en el futuro.

La hoja de cálculo mencionada anteriormente debe incorporar las funciones y el nivel de señal de todos los dispositivos analógicos, incluidos los totales individuales para el bucle de corriente/voltaje, las entradas del detector de temperatura de resistencia, los termopares, etc. Las especificaciones de los controladores deben coincidir con estos requisitos para que todas las entradas analógicas y Se admiten las salidas, así como sus tipos de señal.

Además, las E/S especiales también deben enumerarse en la hoja de cálculo. Estos pueden incluir, entre otros, entradas/salidas de alta velocidad, contadores, relojes en tiempo real y motores servo/paso a paso. Puede haber controladores que no tengan funcionalidades especiales, así que asegúrese de realizar un análisis exhaustivo antes de tomar una decisión. Comprender las capacidades del controlador y los requisitos de la aplicación es esencial.

También se debe definir la ubicación física de los terminales de E/S, con respecto a los dispositivos de campo, y anotarla en la hoja de cálculo. Dividir estos requisitos en módulos más pequeños ayudará a comprender las necesidades de E/S locales y remotas, lo que a su vez ayudará a determinar qué protocolos de comunicación en tiempo real se necesitan. Hay algunas instalaciones en las que se prefiere la localidad, mientras que otras dependen en gran medida de E/S remotas.

Si la distancia entre los controladores y los subsistemas es considerable, las E/S remotas serían una buena opción en lugar de pasar por la terrible experiencia de cablear cada dispositivo de campo. Además, los métodos y velocidades de comunicación deben ser compatibles, ya sea su E/S serial o basada en Ethernet. En el entorno industrial actual, los protocolos Ethernet como EtherNet/IP se están volviendo populares junto con versiones de desarrollo específico de protocolos de código abierto como Modbus.

Comunicaciones

Las comunicaciones entre dispositivos periféricos, E/S distribuidas, PLC y sistemas empresariales pueden ser una necesidad para algunas plantas. El alcance de estos debe definirse desde el principio, teniendo en cuenta que las cosas se volverán más complejas a medida que avance. Algunos controladores pueden ofrecer solo 1 o 2 puertos, uno de los cuales estará reservado para la programación, mientras que otros pueden no admitir protocolos específicos requeridos para aplicaciones de misión crítica.

También se deben especificar las comunicaciones que se llevarán a cabo entre el controlador y las HMI o dispositivos de campo. El inicio de Internet de las cosas ha hecho que sea esencial tener abiertas las opciones de comunicación. Por lo tanto, debe asegurarse de que haya puertos Ethernet, seriales y USB adicionales disponibles en el controlador.

Se debe realizar la especificación de protocolos Ethernet como Modbus TCP, Ethernet/IP, Profibus, etc., tanto para los requerimientos actuales como para futuras expansiones.

Hardware

Las consideraciones comunes de hardware que se deben hacer incluyen la velocidad del tiempo de escaneo, la cantidad de memoria y la batería de respaldo. El controlador debe tener suficiente memoria del sistema para admitir tanto los requisitos del programa como los datos. Estas estimaciones se pueden hacer calculando la cantidad de dispositivos en el sistema. La memoria de datos se utiliza tanto para la manipulación dinámica de datos como para el almacenamiento de variables, por ejemplo, puntos de ajuste preestablecidos, indicadores internos en temporizadores y tiempo/conteos acumulados.

El tamaño de la tabla de datos puede aumentar si es necesario almacenar los datos históricos en el controlador. La necesidad de registro de datos, interfaces para HMI/SCADA , los métodos de acceso y las bases de datos históricas deben especificarse claramente, mientras que en un escenario de IIoT, las redes, la definición de protocolos y las necesidades de memoria también se vuelven importantes.

Los tipos de instrucciones y el tamaño del programa también pueden afectar las necesidades de memoria. Si el programa tiene varias secuencias, funciones de control sofisticadas y lógica de fallas, entonces esto puede requerir más memoria. Los requisitos se pueden estimar en función de los peldaños del programa y los archivos de datos. También se deben estudiar las especificaciones del controlador, ya que algunos tienen programación basada en nombres de etiquetas, mientras que otros tienen tablas de datos fijas pero ampliables.

La cantidad de memoria consumida por los programas y las tablas de datos depende del modelo del controlador. Una buena suposición es que cada dispositivo de E/S discreta utiliza de 5 a 100 palabras de memoria, mientras que la E/S analógica utiliza de 25 a 500 palabras. El amplio rango puede dificultar la estimación para programas complejos. Un mejor enfoque sería escribir algunos bloques de código y estudiar el uso de la memoria.

Puede haber aplicaciones que necesiten un tiempo de escaneo rápido, y la velocidad de la CPU del controlador y la velocidad de ejecución de instrucciones y ambos factores perjudiciales con respecto a esto.

Software

Casi la mitad del proyecto depende de la calidad de la programación del software, que a su vez depende del software proporcionado por el fabricante. Se deben tener las siguientes consideraciones al seleccionar un software de programación del controlador:

• Fácil de usar
• Preferencias
• Inversión
• Recursos de formación
• Registro de datos y acceso remoto

La mayoría de los controladores suelen incluir un software de programación gratuito y fácil de usar, que contiene alrededor de 20 instrucciones, como temporizadores, bobinas, contactos, contadores, etc., que son suficientes para aplicaciones pequeñas. Pero a medida que aumenta la complejidad de los requisitos, las cosas pueden volverse problemáticas. Los controladores avanzados a menudo incluyen un software de programación completo que incorpora una gran cantidad de funciones para ayudar a los programadores.

La elección del software de programación depende en gran medida de la zona de confort del usuario, por lo que es una decisión subjetiva. Los programadores pueden tener su propia opinión con respecto a la selección de software, pero estos a menudo son anulados por la gerencia superior que hace cumplir un software de programación de controlador estándar, así como métodos.

De todos modos, no se debe elegir un controlador si no tiene una amplia literatura que detalle su software de programación. La mayoría de los fabricantes ya se han adaptado a la tendencia de los recursos en línea, ofreciendo documentaciones detalladas y creando foros donde los compañeros programadores pueden intercambiar sus consultas. Sin embargo, no todos han abordado este tren; por lo tanto, se deben realizar verificaciones cuidadosas de antecedentes antes de seleccionar un PLC .

También se debe tener en cuenta el costo del soporte técnico, ya que puede haber momentos en que la documentación no ayude a resolver un problema en particular. Hay proveedores que ofrecen servicios gratuitos por tiempo limitado, lo que puede ser útil si se sigue un cronograma con respecto al desarrollo del programa.

Una vez desarrollado, el programa debe probarse exhaustivamente y, para hacerlo, el software debe poder verse en la forma de una respuesta de bucle PID. y perfil de movimiento. Esto permitirá que la simulación se lleve a cabo en toda su extensión. El software de desarrollo moderno se incorpora con simuladores que permiten realizar pruebas completas sin provocar la necesidad de conectarse al hardware.

En conclusión, debe abstenerse de adoptar un enfoque único para todos, ya sea para software, hardware o comunicaciones. El controlador seleccionado debe cumplir con los requisitos de automatización en su totalidad, al mismo tiempo que tiene espacio para avanzar a medida que cambian los diseños.

Medición neta vs. bruta Datos poco conocidos sobre los PAC