Los PLC industriales impulsan variadores de velocidad

Los variadores de velocidad han aportado control de movimiento preciso e inteligente a una gama de aplicaciones industriales. El sector manufacturero por sí solo depende de máquinas que rotan y transportan materiales, bombean líquidos, enfrían o calientan aire con ventiladores, empaquetan y apilan productos terminados – y lo hacen como parte de una red de operaciones interconectadas que se desarrolla en gran parte automáticamente.

Para funcionar como lo hacen en este entorno, los variadores dependen completamente del poder de control y coordinación del PLC (controlador lógico programable). Dado que no es en absoluto una tecnología nueva – los primeros modelos se hicieron hace casi exactamente cincuenta años – la pregunta inevitable surge: ¿qué hay en el PLC que lo hace tan apto para el trabajo?

Los PLCs se desarrollaron para sustituir el poder del computador por los bancos cableados de relés de potencia usados anteriormente para controlar maquinaria de fábrica. Las dificultades de mantener y diagnosticar estos viejos centros nerviosos electromecánicos eran legionarias: enormes envolventes presentaban al técnico paredes de relés, temporizadores, contadores, fusibles y terminales entre marañas de cableado punto a punto cruzado. Reemplazar una bobina fallada o un contacto desgastado era bastante desafiante; modificar el propósito del sistema en sí podría implicar una reconstrucción total.

Era inevitable que la llegada del microchip barrería estos armarios de curiosidades a los anales de la historia de la ingeniería. Tanto Odo Struger (1931-1998), ingeniero de investigación en Allen-Bradley en los 60, como Dick Morley (1932-2017), quien respondió a una convocatoria de ideas de General Motors en 1968, han sido llamados Padres del PLC. Ambos vieron que la secuencia de eventos realizada por sistemas de relés para controlar maquinaria podía traducirse – y miniaturizarse – en la forma de un programa de computadora.

Una computadora es, entonces. Pero el PLC es un tipo muy específico de computadora; fue concebido como tal y sigue siéndolo hoy. ¿Pero en qué aspectos?

¿Por qué PLC y no, digamos, PC?

Quizás la respuesta más obvia – al mirarlo – es que un PLC es físicamente robusto; la cosa está reforzada. Esto significa que todos los aspectos de su diseño (desde la elección de materiales de componentes hasta características como control de temperatura y estilo de carcasa) están destinados a proteger el dispositivo de niveles desafiantes de polvo, humedad, vibración, temperatura, etc.

El diseño distintivo de un PLC también debe acomodar arreglos significativos de entrada/salida – mucho más que la extraña memoria USB o impresora. La lista de señales entrantes del PLC (de interruptores, sensores, interruptores de circuito, etc.) combinada con comandos salientes (a motores, luces, válvulas y similares) es tan larga como complejas sean las operaciones que controla.

Pero la diferencia más fundamental entre PLCs y computadoras personales es su lenguaje de programación. Lógica de escalera (o Diagrama de Escalera) codifica instrucciones operacionales secuencialmente, de una manera directamente modelada en el flujo de trabajo a través de un esquema de relés eléctricos. Esto lo hace extremadamente amigable para ingenieros. Y junto con un pequeño número de otros lenguajes simples, notablemente Diagrama de Bloques de Función, sigue siendo el método de programación estándar.

Los PLCs se comunican con variadores de velocidad ya sea a través de señales de control directas o a través de un protocolo de comunicaciones digital (Modbus ha sido el más popular por mucho tiempo) o a través de ambos en combinación. El rango completo de comandos de dispositivo puede ejecutarse así: desde instruir al variador simplemente para hacer funcionar el motor, y en qué dirección de rotación, hasta el importante ajuste en tiempo real de parámetros de aceleración y desaceleración.

El potencial de los variadores para operar motores a velocidad óptima solo puede realizarse plenamente cuando están en comunicación bidireccional en tiempo real con PLCs. Es el PLC el que monitoriza el rendimiento del variador, comprobando continuamente códigos de estado y fallo derivados, por ejemplo, de la comparación del objetivo con la corriente de salida real. La forma en que esta monitorización de salida influye en la naturaleza de los comandos del variador es crucial para la inteligencia del sistema.

Impacto de los PLCs en la industria de la automatización

Los PLCs han tenido un efecto revolucionario en la industria de la automatización, permitiendo visión y control sobre sistemas mecánicos complejos muy lejos de los días cuando un solo 'fallo' no identificado podría causar que la mejor parte de una planta de manufactura se detuviera. Y su éxito duradero a lo largo de los años se ha debido en gran parte a su simplicidad esencial – por todo su poder de procesamiento.

Ninguna tecnología, sin embargo, permanece intacta por el progreso indefinidamente. Y los PLCs al final están tan obligados como cualquier otra cosa a reflejar desarrollos clave en la forma en que máquinas y dispositivos se construyen.

Desarrollo continuo

La miniaturización en particular – esa misma fuerza que vio la actividad electrónica temprana transpuesta de la pared de relés a la placa de circuito – continúa haciendo procesadores, partes de componentes y placas de circuito cada vez más compactas. Los PLCs son en consecuencia más potentes (más rápidos y con capacidad de memoria dramáticamente mejorada) incluso mientras disminuyen en tamaño. Un solo PLC ahora puede hacer fácilmente el trabajo de varios de sus predecesores. Tal progreso puede verse en su capacidad para acomodar múltiples protocolos de comunicación simultáneamente o el hecho de que sus desarrolladores de software puedan mezclar y combinar diferentes lenguajes de programación.

La ironía aquí, por supuesto, es que este orden de capacidad no es de hecho necesario para el control de muchos dispositivos, variadores incluidos. Donde la eficiencia simple es la prioridad, la capacidad compleja puede ser en el mejor caso una irrelevancia y en el peor una responsabilidad (por ejemplo en términos de ciberseguridad). Por esta razón, una nueva generación de controladores de máquina – dispositivos compactos tipo PLC – ha evolucionado para asumir parte del trabajo que los PLCs de alta gama han superado.

Más limitados que un PLC en términos de memoria y capacidad de entrada/salida, un controlador de este tipo para un variador de velocidad, suministrado a bordo, programado a medida y con una interfaz gráfica intuitiva, es relativamente barato, ahorra tiempo y es fácil de usar (así como de integrar con la red o sistema mayor).

PLCs y variadores, ¿la combinación perfecta?

La relación tradicional entre variadores y PLCs está, por tanto, pasando por un tiempo de cambio. Es una agitación que quizás solo la arquitectura de sistemas de viejo estilo podría no sobrevivir. El principio fundamental – de variadores hechos inteligentes a través del poder de programación – está tan cargado como siempre.