Qué hacen los PLC: áreas de aplicación y características de los PLC

Si está actualizando una línea de producción, modernizando equipos o migrando de soluciones basadas en relés/MCU a un control industrial estandarizado, un SOCIEDAD ANÓNIMA Casi siempre termina en la lista de candidatos. Honestamente, no siempre es la opción más económica inicialmente, pero suele ser más fácil de justificar en términos del costo total del ciclo de vida.

¿Por qué vemos PLC en tantas industrias?

Esto se debe a que los PLC combinan “inmunidad al ruido, E/S modular, programación fácil de mantener y comunicaciones industriales” en un sistema que los ingenieros ya comprenden, por lo que los costos de reutilización y replicación entre industrias son bajos.

Las industrias comunes incluyen el acero, el petróleo, la química, la energía, los materiales de construcción, la fabricación de maquinaria, la automoción, la industria ligera y textil, el transporte, la protección del medio ambiente e incluso la cultura/turismo y la gestión de escenarios. El factor común no es el proceso en sí, sino las condiciones del lugar: polvo, vibración, variaciones de temperatura, ruido electromagnético, largos ciclos de trabajo y la necesidad de reparaciones rápidas.

¿Para qué tareas de control se utilizan principalmente los PLC?

La mayoría de los proyectos se dividen en cinco categorías de tareas: lógica discreta, control de procesos, control de movimiento, procesamiento de datos y comunicaciones/redes.

1) ¿Por qué los PLC se utilizan comúnmente para el control lógico discreto (encendido/apagado)?

Los PLC reemplazan la “lógica cableada” por la “lógica almacenada”, convirtiendo grandes cantidades de contactos de relé y arneses de cableado complejos en programas más módulos de E/S.

Escenarios típicos:

• Máquinas independientes: máquinas de moldeo por inyección, máquinas de impresión, grapadoras, rectificadoras, máquinas de embalaje
• Control de grupo y líneas de producción: líneas de envasado, líneas de galvanoplastia, líneas de montaje, control de tiempo/takt interconectado de múltiples máquinas

Sentirás claramente el cambio: cambiar una secuencia ya no es “derribar el cableado y recablear”, sino “modificar el programa + validar”.”

2) ¿Es confiable el control de procesos industriales basado en PLC?

Sí, siempre que construyas correctamente la cadena analógica completa (sensor → transmisor → muestreo → filtrado → algoritmo de control → actuador).

Las variables de proceso comunes incluyen valores continuos como temperatura, presión, caudal, nivel y velocidad. Los PLC suelen trabajar con módulos (A/D) y (D/A) e implementan un control de lazo cerrado mediante algoritmos de control; el más común en ingeniería sigue siendo el PID (los detalles de implementación varían según el proveedor).

Aplicaciones comunes:

• Metalurgia, procesamiento químico, tratamiento térmico.
• Calderas y sistemas de intercambio de calor
• Tratamiento ambiental y de aguas/aguas residuales

Para conocer los fundamentos de PID (útiles para la incorporación y alineación de la terminología), consulte: https://en.wikipedia.org/wiki/PID_controller

3) ¿Puede un PLC controlar el movimiento? ¿Cuándo debería usarse?

Sí. Especialmente para posicionamiento de un solo eje o de varios ejes, sincronización, interpolación, levas electrónicas, etc., los módulos de movimiento PLC + servosistemas son una de las combinaciones más comunes.

Objetivos comunes:

• Motores paso a paso, servomotores
• Coordinación periférica de robots, máquinas-herramientas, sistemas de elevación y transporte, ascensores, etc.

En la práctica, normalmente lo juzgo así:

• “Coordinación vinculada a Takt + precisión de posicionamiento media + fuerte acoplamiento a la lógica de línea” → El control de movimiento PLC es una buena opción
• “Interpolación de ultraalta velocidad / precisión extrema / trayectorias complejas” → es posible que necesite un CNC o controlador de movimiento más especializado además del PLC

4) ¿En qué medida ayuda la capacidad de procesamiento de datos de un PLC?

Adquisición de datos, cálculos, conversiones, clasificación, búsqueda en tablas, operaciones de bits, gestión de recetas y preprocesamiento de informes: los PLC pueden hacer todo esto y, a menudo, ya es suficiente.

Sistemas comunes:

• Grandes sistemas de control en papel, alimentación, metalurgia, etc.
• Situaciones que requieren decisiones locales rápidas y protección de enclavamiento (que no dependen del comportamiento en tiempo real de la computadora de nivel superior)

5) ¿La comunicación y la red PLC son ahora “equipamiento estándar”?

Básicamente sí. Como mínimo, los PLC proporcionan varias interfaces industriales y capacidades de red para facilitar la comunicación entre PLC y entre PLC y... HMI/VFD (variadores de frecuencia)/instrumentos/SCADA o sistemas de nivel superior.

¿Cuáles son las características “realmente agradables de usar” de los PLC?

Confiabilidad, modularidad, facilidad de mantenimiento y facilidad de modernización: estos cuatro factores a menudo determinan si un sistema realmente puede sobrevivir a largo plazo en el sitio.

1) ¿Por qué los PLC son confiables e inmunes al ruido?

Diseño de hardware de grado industrial + especificaciones de fabricación y prueba + estrategia EMC + autodiagnóstico.

En comparación con un sistema de relé-contactor de escala similar, los PLC suelen reducir significativamente el cableado externo y el número de contactos físicos. Un menor número de contactos implica menos posibilidades de contacto defectuoso y desgaste mecánico. Muchos PLC también ofrecen mecanismos de autodiagnóstico y alarma de hardware; a nivel de software, también se puede implementar la lógica de autodiagnóstico del dispositivo, lo que aumenta el control del sistema en general.

2) ¿Por qué decimos que los PLC tienen un “ecosistema completo y una fuerte aplicabilidad”?

Un PLC no es solo una caja, es una familia completa de productos: CPU, DI/DO, AI/AO, control de temperatura, pesaje, movimiento, comunicaciones, E/S remotas, etc. Puede “construir con bloques” según la escala del proyecto.

Esto es importante en la entrega de ingeniería real: cuando los requisitos cambian, no necesariamente hay que rediseñar desde cero; a menudo se convierte en "agregar módulos + modificar el programa + volver a probar".“

3) ¿Por qué los ingenieros pueden comenzar a utilizar los PLC rápidamente?

Los lenguajes como el diagrama de escalera (LD) se corresponden estrechamente con el pensamiento de circuitos de relés, por lo que la barrera de aprendizaje es baja, al tiempo que sigue respaldando las necesidades de programación estructurada y gestión de ingeniería.

Incluso los miembros del equipo que no son expertos en informática de bajo nivel pueden expresar claramente el control de secuencias, los interbloqueos y las alarmas utilizando una lógica familiar.

4) ¿Por qué los PLC simplifican el diseño y el mantenimiento?

Convierten los “cables” en “programas” y las “modificaciones duras” en “cambios suaves”.”

Beneficios típicos:

• Ciclo de diseño más corto (menos cableado externo)
• Solución de problemas más rápida (monitoreo en línea de E/S y estados)
• Se adapta mejor a producciones de alto nivel de mezcla y bajo volumen (recetas más flexibles y cambios de proceso)

¿Dónde fallan con mayor frecuencia las aplicaciones de campo del PLC?

Entorno fuera de especificaciones, cableado sin capas, conexión a tierra desordenada e interferencia de alta potencia/VFD sin mitigar: estos cuatro son los más comunes.

A continuación escribiré esto como “cheques que puedes usar directamente en el sitio”.”

¿Cuáles son los requisitos ambientales para los PLC?

Temperatura, humedad, vibración, corrosividad del aire y calidad de la energía: si cualquiera de estos factores supera los límites, puede crear fallas intermitentes, que son las más difíciles de solucionar.

• Temperatura: normalmente requerida (0\sim55^\circ\text{C}); no montar directamente sobre componentes que generen calor; dejar suficiente espacio para ventilación
• Humedad: humedad relativa típicamente < (85\%) (sin condensación)
• Vibración: mantener alejado de fuentes de vibración fuertes; la vibración frecuente/continua en el rango (10\sim55\text{ Hz}) requiere aislamiento de vibraciones.
• Aire: evite gases corrosivos/inflamables como cloruro de hidrógeno y sulfuro de hidrógeno; para polvo pesado, utilice un gabinete de control sellado
• Alimentación: si el ruido de la alimentación es grave, utilice un transformador de aislamiento blindado; para alimentación externa (24 VCC), utilice una fuente de alimentación regulada (las fuentes de alimentación con rectificador simple y filtro pueden tener una ondulación que puede generar señales falsas).

¿De dónde proviene la interferencia del PLC? ¿Qué significan "modo común" y "modo diferencial"?

La interferencia se produce principalmente cuando la corriente o el voltaje cambian bruscamente y entra en el sistema PLC por radiación, acoplamiento o conducción. En ingeniería, solemos usar el término “modo común/modo diferencial” para describir cómo se perturban las señales.

• Interferencia de modo común: interferencia en la misma dirección introducida por una diferencia de potencial de señal a tierra, posiblemente por acoplamiento de red, diferencias de potencial de tierra o inducción radiada.
• Interferencia de modo diferencial: voltaje de interferencia aplicado entre los dos extremos de una señal, a menudo proveniente del acoplamiento espacial o de la conversión de modo común.

No es necesario memorizar las definiciones: recuerde una regla: muchos “saltos misteriosos” en el lugar eventualmente se remontan a prácticas de conexión a tierra y cableado.

¿Cuáles son las rutas de interferencia más comunes en un sistema PLC?

Conducción de red, acoplamiento de gabinete, inducción de línea de señal, bucles de tierra, radiación interna y armónicos/radiación del VFD: estos son los sospechosos habituales.

• Interferencias de alta potencia: sobretensiones de interruptores de cuchilla, arranques y paradas de equipos grandes, armónicos, impactos transitorios de cortocircuito conducidos a través de la red eléctrica hasta la entrada de energía.
• Interferencia del gabinete: piezas de alto voltaje, cargas inductivas y enrutamiento caótico que provocan acoplamiento
• Captación de la línea de señal: interferencias en la fuente de alimentación e inducción radiada (que a menudo se pasan por alto, pero pueden ser fatales)
• Mala conexión a tierra: diferencias de potencial de tierra y corrientes de bucle de tierra que provocan errores lógicos y deriva de la medición analógica
• Interferencia de VFD: conducción armónica del lado de entrada + radiación electromagnética del lado de salida

¿Cómo implementamos la antiinterferencia correctamente? ¿Qué prácticas de ingeniería son viables?

Aislamiento y filtrado de energía, cableado y separación en capas, cableado de E/S correcto, estrategia de conexión a tierra de un solo punto y mitigación del lado de entrada/salida del VFD.

1) ¿Qué es un manejo “confiable” en el lado de la potencia?

• Si el ruido de suministro es intenso: utilice un transformador de aislamiento blindado (1:1) para reducir el acoplamiento entre el equipo y la tierra.
• En la entrada de potencia: agregue filtrado (LC) para suprimir el ruido conducido
• Para cargas críticas: considere fuentes de alimentación independientes y UPS (dependiendo del costo del tiempo de inactividad del proceso)

2) ¿Cuáles son las “reglas estrictas” para la instalación y el cableado?

• Coloque los cables de alimentación, los cables de control, los cables de alimentación del PLC y los cables de E/S por separado; si puede usar conductos de cables separados, no comparta un conducto
• Mantenga el PLC alejado de soldadores, rectificadores de alta potencia y equipos de gran potencia; la distancia recomendada de los cables de alimentación es > (200 mm)
• Para cargas inductivas (bobinas de contactor/relé), agregue amortiguadores paralelos (RC)
• Utilice un cable blindado para señales analógicas; elija una conexión a tierra con blindaje de extremo único o doble según la evaluación del sitio; mantenga la resistencia de la conexión a tierra lo más baja posible (el texto sugiere que debe ser menor que (1/10) de la resistencia del blindaje)
• Separe las salidas de CA y CC en cables diferentes tanto como sea posible; evite ejecutarlas en paralelo con líneas de alto voltaje

3) ¿Qué hay que tener en cuenta en el cableado de los terminales de E/S?

Lado de entrada:

• Mantenga los tramos de cable cortos (si la interferencia es baja y la caída de voltaje es controlable, puede relajarse en esto)
• Enrutar líneas de E/S por separado
• Prefiera contactos normalmente abiertos; la lógica es más intuitiva y la resolución de problemas es más rápida

Lado de salida:

• Las salidas del mismo grupo generalmente requieren el mismo tipo de carga y la misma clase de voltaje de suministro.
• Evite cortocircuitos (puede quemar directamente la tarjeta de salida)
• Para salidas de relé, observe el impacto de la carga inductiva en la vida útil del contacto; agregue relés de interposición cuando sea necesario
• Para cargas de CC, agregue diodos flyback; para cargas de CA, agregue amortiguadores RC; para salidas de transistor/tiristor, agregue derivación/protección según las recomendaciones del proveedor

4) ¿Cómo poner a tierra el sistema sin pisar minas terrestres?

Separe claramente “tierra de protección, tierra del sistema y tierra de señal/blindaje”, apéguese a un único punto de referencia y evite los bucles de tierra.

• Tierra de protección: terminal de tierra de alimentación y conexión a tierra del gabinete, para evitar descargas eléctricas
• Puesta a tierra del sistema: mantener el sistema de control equipotencial; el texto sugiere una resistencia de puesta a tierra ≤ (4\Omega)
• Puesta a tierra de la señal/blindaje: evitar la conexión a tierra aleatoria de ambos extremos de los blindajes y crear diferencias de potencial de tierra; garantizar la continuidad del blindaje en las uniones y aislar adecuadamente; planificar el blindaje multipunto con un esquema de conexión a tierra de un solo punto unificado

5) ¿Cómo se suprime la interferencia del VFD?

• Transformador de aislamiento: bloquea principalmente la interferencia conducida del lado de entrada
• Filtro de línea eléctrica: suprime el ruido conducido y reduce los picos
• Reactor de salida: reduce la propagación de la radiación y la interferencia entre el VFD y el motor

PLC vs Control de relés vs PC industrial: ¿cómo debo elegir?

Si necesita estabilidad, fácil mantenimiento y compatibilidad con el campo, elija un PLC. Si busca bajo costo y lógica simple, los relés también tienen cabida. Si necesita potencia de procesamiento y un ecosistema de software abierto, considere una PC industrial (IPC), pero su sistema de confiabilidad y mantenimiento en campo debe estar a la altura.

Puntos clave

• Los PLC se adaptan a escenarios de automatización industrial donde la lógica, el proceso, el movimiento, el manejo de datos y las comunicaciones están integrados, con una fuerte reutilización de ingeniería.
• Cuando el sitio es inestable, la mayoría de las veces no se debe a que "el PLC está roto", sino a que la alimentación, el cableado, la conexión a tierra y la mitigación de interferencias del VFD no se hicieron lo suficientemente bien.
• Valores de referencia ambientales: temperatura (0\sim55^\circ\text{C}), humedad < (85\%) (sin condensación), frecuencia de vibración (10\sim55\text{ Hz}) requiere aislamiento.
• Antiinterferencia: concéntrese en cinco elementos: aislamiento/filtrado, cableado en capas, protección de E/S, conexión a tierra de un solo punto y mitigación del lado de entrada/salida del VFD.
• Lógica de selección: elija PLC por su estabilidad y eficiencia de mantenimiento; elija IPC por su potencia de cómputo y ecosistema abierto; elija relé Soluciones para cambios simples y de baja frecuencia.