El motor central de la automatización industrial: una guía completa sobre los principios, la clasificación y la selección de PLC

Este artículo proporciona un estudio profundo a nivel de ingeniería sobre el diseño central de PLCSus tres categorías principales (integrado, modular y apilable) y sus amplias aplicaciones en lógica discreta y control de movimiento. Al evaluar las especificaciones tecnológicas y las tendencias del mercado, esta descripción general sirve como una referencia fiable para la elección de equipos PLC y la integración de sistemas.

I. Definición del PLC

Un PLC (Controlador Lógico Programable) es un sistema electrónico de computación digital diseñado específicamente para operar en entornos industriales. Si la robótica comercial representa el "brazo o las piernas" de un sistema, el PLC funciona como el "sistema nervioso central" que gestiona todo el proceso.

1.1 Arquitectura central

La lógica de diseño de un PLC refleja las funciones fisiológicas humanas, garantizando una ejecución de alto rendimiento en entornos exigentes:

Microprocesador (CPU): El “cerebro” encargado de los procedimientos de razonamiento, la decodificación de instrucciones y la organización del trabajo.
Memoria (ROM/RAM): El “sistema de memoria” que almacena el firmware del sistema, la lógica definida por el usuario (programas de aplicación) y datos de tiempo de ejecución.
Sistemas de entrada/salida (E/S): Interfaz de sensor y motor eléctrico. Las unidades de entrada interactúan con el campo. sensores (por ejemplo, unidades de detección fotoeléctrica, transmisores de presión), mientras que las unidades de salida accionan actuadores (por ejemplo, solenoides de cierre, contactores).
Terminal de fuente de alimentación y programas: Ofrece energía respaldada a la placa base y ayuda en la comunicación hombre-máquina (Interfaz hombre-máquina (IHM)) para organización y resolución de problemas.

1.2 Por qué los PLC dominan el control industrial

En comparación con los sistemas de control de relés cableados tradicionales, los PLC ofrecen una serie de beneficios importantes:

Alta confiabilidad: Desarrollado con circuitos de integración a gran escala (LSI), incluida compatibilidad electromagnética duradera (EMC) y capacidades antiinterferencias.
Flexibilidad: La reconfiguración del razonamiento se logra mediante la modificación de la aplicación de software en lugar de mediante el recableado del equipo.
Sencillez de uso: Utiliza lenguajes de programación estándar, como el diagrama de escalera (LD), que se alinea con el razonamiento de diseño.
Dureza ambiental: Diseñado para funcionar de manera confiable bajo niveles severos de temperatura, resonancia y sonido electromagnético, certificado según los criterios IEC 61131.

II. Clasificaciones de PLC: Escalabilidad según los requisitos del sistema

El hardware del PLC se clasifica en tres tipos principales según su diseño estructural. Comprender estas distinciones es crucial para una mejor arquitectura del sistema.

1. PLC integrado (PLC compacto)

Un PLC integrado alberga la CPU, las interfaces de E/S, la memoria y la fuente de alimentación dentro de un solo chasis.

Cualidades: Impacto compacto, rentable, pero con un recuento de E/S fijo.
Aplicaciones: Maquinaria OEM independiente y de pequeña escala, como máquinas de embalaje y máquinas de moldeo por inyección.

2. PLC modular

También llamado PLC montado en bastidor, este tipo permite la instalación de componentes de CPU, componentes de E/S y componentes de interacción en una placa base o bus común.

Cualidades: Extremadamente escalable, muy fácil de conservar y diseñado para sistemas complejos.
Aplicaciones: Grandes líneas de automatización de plantas de fabricación, como la configuración de automóviles y el control de procesos químicos. La serie SIMATIC S7-1500 de Siemens es un excelente ejemplo.

3. PLC apilable

Un diseño híbrido donde la unidad de CPU es independiente y las unidades de expansión se agregan mediante cables de cinta o interfaces de conexión directa.

Cualidades: Combina un factor de forma compacto con un grado de flexibilidad de configuración.

Tabla 1: Contraste técnico de los marcos de PLC .

III. 5 Dominios de aplicación significativos

Los PLC modernos han evolucionado más allá de simples controladores de “encendido/apagado” a sistemas multifuncionales que incorporan cálculo, interacción y control de movimiento de alta velocidad.

Control de razonamiento discreto: Esta es la aplicación más básica de un PLC. Reemplaza la lógica de relés tradicional y se utiliza ampliamente en prensas de impresión, líneas de envasado, líneas de galvanoplastia, etc.
Control de movimiento: Utiliza salidas de pulsos de alta velocidad o buses de campo industriales (p. ej., EtherCAT) para el posicionamiento preciso de servomotores y motores paso a paso. Esencial para maquinaria CNC y robótica industrial.
Control de procesos: Aprovechamiento de fórmulas PID para procesar señales analógicas (temperatura, tensión, circulación). Esencial en los sectores metalúrgico, de control de calderas de calefacción central y petroquímico.
Procesamiento y análisis de datos: Los PLC modernos tienen capacidades matemáticas efectivas y se interconectan con sistemas ERP/MES para la adquisición, organización y cobertura de información.
Comunicación/Redes Industriales: Admite protocolos como PROFINET, Modbus TCP y EtherNet/IP para ayudar en la conexión entre PLC, HMI y la nube.

IV. Modas del mercado: La transformación digital de los PLC

La información del mercado sugiere que la necesidad mundial de PLC está creciendo a una CAGR de aproximadamente 5% -7%.

Tabla 2: Pronóstico de tendencias tecnológicas del mercado de PLC 2023-2025