Dominando el arte de la selección de PLC: una guía práctica para ingenieros de automatización

Discutiremos cómo seleccionar fabricantes, calcular puntos de E/S y tomar decisiones óptimas en función de los requisitos de comunicación y la capacidad de memoria.

I. Selección del fabricante: la lógica detrás de la marca

Determinación de la SOCIEDAD ANÓNIMA El fabricante es el primer paso. No se trata solo del reconocimiento de marca; se trata más bien de considerar los hábitos de los usuarios, la competencia del equipo de diseño y el soporte técnico posventa.

En cuanto a la fiabilidad, la calidad del hardware no suele ser un problema para ninguna de las grandes marcas internacionales. Sin embargo, existen diferencias significativas en la filosofía de diseño entre regiones.

En mi opinión, si estás controlando una máquina independiente o un sistema relativamente simple, las marcas de PLC japonesas (como Mitsubishi o Omrón) ofrecen una ventaja significativa en cuanto a relación calidad-precio. Sus conjuntos de instrucciones suelen ser intuitivos y fáciles de dominar.

Por el contrario, si su proyecto es un sistema de control distribuido (DCS) a gran escala con requisitos extremadamente altos para la comunicación en red, los PLC europeos y estadounidenses (como Siemens o Automatización Rockwell) son superiores. Sus estructuras lógicas son más adecuadas para gestionar el control de procesos complejos y el intercambio masivo de datos.

Para darle una perspectiva más clara, he creado la siguiente tabla comparando estas dos categorías principales:

Además, para industrias específicas (como la metalurgia o el tabaco), se debe priorizar el uso de sistemas PLC con aplicaciones consolidadas en ese sector. Esto reduce significativamente el riesgo de fallos por incompatibilidad ambiental.

II. Estimación precisa de puntos de entrada/salida (E/S)

El número de E/S es el parámetro más fundamental de un PLC. Muchos principiantes cometen errores aquí, ya sea comprando muy pocos y agotando el presupuesto, o comprando demasiados.

La base para la determinación debe ser la suma de todos los puntos de entrada y salida necesarios para controlar el equipo. Sin embargo, en la práctica profesional, nunca calculamos "lo justo". Debe dejarse un margen.

Según mi experiencia, la práctica estándar es:

1. Cuente todos los puntos de E/S cableados.
2. Agregar un 10% a 20% margen de expansión en la parte superior de esa base.

III. Estimación científica de la capacidad de memoria

La capacidad de memoria se refiere al tamaño de almacenamiento proporcionado por el hardware del PLC. Debemos asegurarnos de que la capacidad de memoria del PLC sea mayor que la necesaria actualmente para permitir futuros cambios o adiciones al diseño.

Compartiré una fórmula de estimación comúnmente utilizada en ingeniería. Si bien la literatura varía, este método es práctico y seguro:

1. Multiplique el número de puntos de E/S digitales por 10 a 15.
2. Multiplique el número de puntos de E/S analógicos por 100.
3. Sume estos dos resultados para obtener el número total de palabras necesarias (suponiendo palabras de 16 bits).
4. Finalmente, añada un margen de 25% a este total.

Por ejemplo, ciertos modelos de la serie Siemens S7-300 pueden ofrecer 64 KB o 128 KB de memoria de trabajo, por lo que es necesario elegir la CPU adecuada según la estimación anterior.

IV. Funciones de comunicación: la base de la Internet industrial

Los PLC modernos ya no son islas aisladas. Las funciones de comunicación son cada vez más potentes y complejas. Durante la selección, es fundamental definir la posición del PLC dentro de la arquitectura de red general.

Las topologías de red de sistemas PLC comunes incluyen:

• Modo Maestro de PC: Una computadora actúa como una estación de monitoreo/SCADA, administrando varios PLC.
• Red Multi-PLC: Un PLC actúa como maestro y los demás como esclavos.
• Integración DCS: El PLC actúa como una subred de nivel inferior conectada a un DCS de gran escala.
• Redes propietarias: Redes de protocolo cerrado específicas de cada fabricante.

Para evitar sobrecargar la CPU, recomiendo encarecidamente utilizar procesadores de comunicación (CP) independientes según las necesidades reales. Por ejemplo, si se requiere una transmisión de datos Ethernet significativa, no permita que la CPU gestione todos los paquetes de datos directamente; instalar un módulo de comunicación dedicado puede mejorar significativamente la estabilidad del sistema.

V. Selección del factor de forma: ¿Compacto o modular?

Esta es la elección física más visible durante la selección.

• PLC compacto (monolítico):
  • Puntos de E/S fijos, tamaño compacto y bajo coste. Se utiliza habitualmente en sistemas de control pequeños.
  • Representantes típicos: Siemens S7-200 SMART, Serie Mitsubishi FX, Serie Omron CP.
• PLC modular:
  • Como bloques de construcción, la fuente de alimentación, la CPU y los módulos de E/S pueden seleccionarse de forma independiente y conectarse a una placa base o rack. Configuración extremadamente flexible, ideal para sistemas medianos y grandes.
  • Representantes típicos: Siemens S7-300/400/1500, Serie Q de Mitsubishi.

VI. Consejos para la selección de módulos de E/S

Una vez seleccionados la CPU y el rack, el siguiente paso son los módulos de E/S específicos. Aquí hay importantes matices técnicos.

1. Módulos de salida digital

Para los módulos de salida, normalmente hay tres opciones, cada una con distintas ventajas y desventajas:

• Salida de relé:
  • Ventajas: Barato, amplio rango de voltaje (compatible con CA/CC).
  • Contras: Vida útil corta, tiempo de respuesta lento, no apto para cambios frecuentes.
• Salida del transistor:
  • Ventajas: Respuesta extremadamente rápida, larga vida útil, adecuado para servo control de pulso.
  • Contras: Capacidad de sobrecarga pobre, generalmente solo admite CC.
• Salida del triac (tiristor):
  • Ventajas: Respuesta rápida, adecuada para conmutación frecuente de cargas inductivas.
  • Contras: Caro.

Mi consejo: Si se controlan cargas que cambian con poca frecuencia, como válvulas solenoides, la salida de relé es la opción más económica. Si se controlan motores paso a paso o se requiere conmutación de alta frecuencia, se debe seleccionar la salida de transistor.

2. Módulos de entrada/salida analógica

Para lo analógico, concéntrese en el tipo de señal.

• Tipos de entrada: Las señales comunes incluyen corriente (4-20 mA) y voltaje (0-10 V). También existen módulos de temperatura especializados para conexión directa a termopares o RTD.
• Tipos de salida: También se divide en voltaje y corriente, y se utiliza para controlar Frecuencia VFD o regulación de la posición de la válvula.

Al seleccionar, preste atención a la compatibilidad de canales. Las configuraciones comunes son módulos de 2, 4 u 8 canales.

VII. No olvide los módulos de función

El control lógico estándar puede ser suficiente para tareas básicas, pero si su equipo requiere un posicionamiento preciso o control de temperatura, los módulos de funciones especializadas son indispensables.

• Módulos de posicionamiento: Para control de servomotor/paso a paso.
• Módulos contadores de alta velocidad: Para conectar codificadores.
• Módulos de control PID: Para control de procesos de circuito cerrado.

Al seleccionarlos, tenga en cuenta no solo la compatibilidad del hardware, sino también la facilidad de programación del software. Por ejemplo, la serie Mitsubishi FX permite leer y escribir datos de módulos especiales mediante... DE y A instrucciones, lo que demuestra la conveniencia del software.

VIII. Tres principios generales de selección

Finalmente, una vez que se hayan determinado provisionalmente los modelos y especificaciones específicos, revise su lista de materiales (BOM) teniendo en cuenta estos tres principios:

1. Conveniencia Simplifique el diseño de circuitos. Por ejemplo, priorice los módulos de salida que pueden controlar cargas directamente. Esto elimina la necesidad de muchos relés de interposición, ahorrando dinero y reduciendo posibles puntos de fallo.
2. Universalidad (Estandarización) Dentro de una fábrica o un solo proyecto, minimice la variedad de tipos de módulos. Por ejemplo, si es posible, utilice exclusivamente módulos de entrada de 24 V CC en lugar de combinarlos con entradas de 220 V CA. Esto facilita la adquisición de repuestos y facilita que el personal de mantenimiento recuerde el sistema.
3. Compatibilidad Para evitar fallos de comunicación inexplicables, es recomendable seleccionar productos del mismo fabricante para los componentes principales del sistema PLC. Aunque los protocolos modernos son abiertos, la compatibilidad entre dispositivos de la misma marca siempre es la más fiable.