Controlador lógico programable

PLCs para un sistema de monitoreo en la industria farmacéutica

Un controlador lógico programable (PLC) o controlador programable es una computadora industrial que ha sido robustecida y adaptada para el control de procesos de fabricación, como líneas de montaje, máquinas, dispositivos robóticos, o cualquier actividad que requiera alta confiabilidad, facilidad de programación y diagnóstico de fallas de proceso. Dick Morley es considerado el padre de los PLC ya que inventó el primer PLC, el Modicon 084, para General Motors en 1968.

Los PLC pueden variar desde pequeños dispositivos modulares con decenas de entradas y salidas (E/S), en una carcasa integral con el procesador, hasta grandes dispositivos modulares montados en bastidor con miles de E/S, y que a menudo están conectados en red para otros sistemas PLC y SCADA.

Se pueden diseñar para muchos arreglos de E/S digitales y analógicas, rangos de temperatura extendidos, inmunidad al ruido eléctrico y resistencia a vibraciones e impactos. Los programas para controlar el funcionamiento de la máquina normalmente se almacenan en una memoria no volátil o con respaldo de batería.

Los PLC se desarrollaron por primera vez en la industria de fabricación de automóviles para proporcionar controladores flexibles, resistentes y fáciles de programar para reemplazar los sistemas lógicos de relé cableados. Desde entonces, han sido ampliamente adoptados como controladores de automatización de alta confiabilidad adecuados para entornos hostiles.

Un PLC es un ejemplo de un sistema en tiempo real duro, ya que los resultados de salida deben generarse en respuesta a las condiciones de entrada dentro de un tiempo limitado; de lo contrario, se producirá una operación no deseada.

Invención y desarrollo temprano

Los PLC se originaron a fines de la década de 1960 en la industria automotriz de EE. UU. y se diseñaron para reemplazar los sistemas lógicos de relés. Antes, la lógica de control para la fabricación se componía principalmente de relés, temporizadores de leva, secuenciadores de batería y controladores de circuito cerrado dedicados.

La naturaleza cableada dificultó que los ingenieros de diseño alteraran el proceso de automatización. Los cambios requerirían volver a cablear y actualizar cuidadosamente la documentación. Si un solo cable estuviera fuera de lugar, o fallara un relé, todo el sistema fallaría. A menudo, los técnicos pasaban horas resolviendo problemas examinando los esquemas y comparándolos con el cableado existente. Cuando las computadoras de uso general estuvieron disponibles, pronto se aplicaron a la lógica de control en los procesos industriales. Estas primeras computadoras no eran confiables y requerían programadores especializados y un control estricto de las condiciones de trabajo, como la temperatura, la limpieza y la calidad de la energía.

El PLC proporcionó varias ventajas sobre los sistemas de automatización anteriores. Toleraba el entorno industrial mejor que las computadoras y era más confiable, compacto y requería menos mantenimiento que los sistemas de relés. Era fácilmente ampliable con módulos de E/S adicionales, mientras que los sistemas de relés requerían complicados cambios de hardware en caso de reconfiguración. Esto permitió una iteración más fácil sobre el diseño del proceso de fabricación. Con un lenguaje de programación simple centrado en la lógica y las operaciones de conmutación, era más fácil de usar que las computadoras que usaban lenguajes de programación de propósito general. También permitió monitorear su operación. Los primeros PLC estaban programados en lógica de escalera, que se parecía mucho a un diagrama esquemático de lógica de relé.

Modicón

En 1968, GM Hydramatic (la división de transmisión automática de General Motors) emitió una solicitud de propuestas para un reemplazo electrónico de los sistemas de relés cableados basados en un libro blanco escrito por el ingeniero Edward R. Clark. La propuesta ganadora provino de Bedford Associates de Bedford, Massachusetts. El resultado fue el primer PLC, construido en 1969, denominado 084, porque era Bedford Associates' proyecto ochenta y cuatro.

Bedford Associates inició una empresa dedicada al desarrollo, la fabricación, la venta y el mantenimiento de este nuevo producto, al que llamaron Modicon (que significa controlador digital modular). Una de las personas que trabajó en ese proyecto fue Dick Morley, a quien se considera el 'padre'. del PLC. La marca Modicon se vendió en 1977 a Gould Electronics y más tarde a Schneider Electric, el propietario actual. Casi al mismo tiempo, Modicon creó Modbus, un protocolo de comunicaciones de datos utilizado con sus PLC. Desde entonces, Modbus se ha convertido en un protocolo abierto estándar comúnmente utilizado para conectar muchos dispositivos eléctricos industriales.

Uno de los primeros modelos 084 fabricados se exhibe ahora en las instalaciones de Schneider Electric en North Andover, Massachusetts. GM se lo regaló a Modicon, cuando la unidad se retiró después de casi veinte años de servicio ininterrumpido. Modicon usó el apodo 84 al final de su gama de productos hasta que apareció el 984.

Allen Bradley

En un desarrollo paralelo, a veces se conoce a Odo Josef Struger como el "padre del controlador lógico programable" también. Participó en la invención del controlador lógico programable de Allen‑Bradley y se le atribuye la invención de las siglas PLC. Allen-Bradley (ahora una marca propiedad de Rockwell Automation) se convirtió en un importante fabricante de PLC en los Estados Unidos durante su mandato. Struger desempeñó un papel de liderazgo en el desarrollo de estándares de lenguaje de programación de PLC IEC 61131-3.

Primeros métodos de programación

Muchos de los primeros PLC no eran capaces de representar gráficamente la lógica, por lo que en su lugar se representaba como una serie de expresiones lógicas en algún tipo de formato booleano, similar al álgebra booleana. A medida que evolucionaron los terminales de programación, se hizo más común el uso de la lógica de escalera, porque era un formato familiar utilizado para los paneles de control electromecánicos. Existen formatos más nuevos, como la lógica de estado y el bloque de funciones (que es similar a la forma en que se representa la lógica cuando se usan circuitos lógicos integrados digitales), pero aún no son tan populares como la lógica de escalera. Una razón principal de esto es que los PLC resuelven la lógica en una secuencia repetitiva y predecible, y la lógica de escalera le permite a la persona que escribe la lógica ver cualquier problema con el tiempo de la secuencia lógica más fácilmente de lo que sería posible en otros formatos.

Hasta mediados de la década de 1990, los PLC se programaban mediante paneles de programación patentados o terminales de programación especiales, que a menudo tenían teclas de función dedicadas que representaban los diversos elementos lógicos de los programas de PLC. Algunas terminales de programación patentadas mostraban los elementos de los programas de PLC como símbolos gráficos, pero eran comunes las representaciones de contactos, bobinas y cables con caracteres ASCII simples. Los programas se almacenaban en cartuchos de cinta de casete. Las instalaciones de impresión y documentación eran mínimas debido a la falta de capacidad de memoria. Los PLC más antiguos usaban memoria de núcleo magnético no volátil.

Arquitectura

Un PLC es un controlador industrial basado en un microprocesador con memoria programable que se utiliza para almacenar instrucciones de programas y varias funciones. Consiste en:

• una unidad procesador (CPU) que interpreta entradas, ejecuta el programa de control almacenado en memoria y envía señales de salida,
• una unidad de alimentación que convierte el voltaje AC a DC,
• una unidad de memoria almacenando datos de entradas y programa para ser ejecutado por el procesador,
• una interfaz de entrada y salida, donde el controlador recibe y envía datos desde/a dispositivos externos,
• a Communication interface to receive and transmit data on communication networks from/to remote PLCs.

Los PLC requieren un dispositivo de programación que se utiliza para desarrollar y luego descargar el programa creado en la memoria del controlador.

Los PLC modernos generalmente contienen un sistema operativo en tiempo real, como OS-9 o VxWorks.

Diseño mecánico

PLC compacto con 8 entradas y 4 salidas

PLC modular con módulo EtherNet/IP, I/O discreto y analógico, con algunas ranuras vacías

Hay dos tipos de diseño mecánico para sistemas PLC. Una caja única o un brick es un pequeño controlador programable que se adapta a todas las unidades e interfaces en una carcasa compacta, aunque, por lo general, hay disponibles módulos de expansión adicionales para entradas y salidas.. El segundo tipo de diseño, un PLC modular, tiene un chasis (también llamado rack) que proporciona espacio para módulos con diferentes funciones, como fuente de alimentación, procesador, selección de I Módulos /O e interfaces de comunicación, todos los cuales se pueden personalizar para la aplicación en particular. Varios racks pueden ser administrados por un solo procesador y pueden tener miles de entradas y salidas. Se utiliza un enlace de E/S serial especial de alta velocidad o un método de comunicación comparable para que los bastidores se puedan distribuir lejos del procesador, lo que reduce los costos de cableado para plantas grandes. También hay opciones disponibles para montar puntos de E/S directamente en la máquina y utilizar cables de desconexión rápida para sensores y válvulas, lo que ahorra tiempo para el cableado y la sustitución de componentes.

Señales discretas y analógicas

Las señales discretas (digitales) solo pueden tomar el valor encendido o apagado (1 o 0, verdadero o falso). Los ejemplos de dispositivos que proporcionan una señal discreta incluyen interruptores de límite, sensores fotoeléctricos y codificadores. Las señales discretas se envían usando voltaje o corriente, donde los rangos extremos específicos se designan como on y ooff. Por ejemplo, un controlador puede utilizar una entrada de 24 V CC con valores superiores a 22 V CC que representan on, valores inferiores a 2 V CC que representan off y valores intermedios indefinidos.

Las señales analógicas pueden usar voltaje o corriente proporcional al tamaño de la variable monitoreada y pueden tomar cualquier valor dentro de su escala. La presión, la temperatura, el flujo y el peso a menudo se representan mediante señales analógicas. Por lo general, se interpretan como valores enteros con varios rangos de precisión según el dispositivo y la cantidad de bits disponibles para almacenar los datos. Por ejemplo, una entrada de bucle de corriente analógica de 0 a 10 V o de 4 a 20 mA se convertiría en un valor entero de 0 a 32 767. El PLC tomará este valor y lo transpondrá a las unidades deseadas del proceso para que el operador o el programa pueda leerlo. La integración adecuada también incluirá tiempos de filtro para reducir el ruido, así como límites alto y bajo para informar fallas. Las entradas de corriente son menos sensibles al ruido eléctrico (por ejemplo, de soldadores o arranques de motores eléctricos) que las entradas de voltaje. La distancia entre el dispositivo y el controlador también es una preocupación, ya que la distancia máxima de viaje de una señal de 0-10 V de buena calidad es muy corta en comparación con la señal de 4-20 mA. La señal de 4-20 mA también puede informar si el cable está desconectado a lo largo de la ruta, ya que una señal de <4 mA indicaría un error.

Redundancia

Algunos procesos especiales deben funcionar permanentemente con un tiempo de inactividad no deseado mínimo. Por lo tanto, es necesario diseñar un sistema tolerante a fallas y capaz de manejar el proceso con módulos defectuosos. En tales casos, para aumentar la disponibilidad del sistema en caso de falla de un componente de hardware, se pueden agregar módulos de E/S o CPU redundantes con la misma funcionalidad a la configuración de hardware para evitar el apagado total o parcial del proceso debido a una falla de hardware. Otros escenarios de redundancia podrían estar relacionados con procesos críticos para la seguridad, por ejemplo, las grandes prensas hidráulicas podrían requerir que ambos PLC activen la salida antes de que la prensa pueda apagarse en caso de que una salida no se apague correctamente.

Programación

Ejemplo de la lógica del diagrama de la escalera

Los controladores lógicos programables están destinados a ser utilizados por ingenieros sin experiencia en programación. Por esta razón, se desarrolló por primera vez un lenguaje de programación gráfico llamado Ladder Diagram (LD, LAD). Se asemeja al diagrama esquemático de un sistema construido con relés electromecánicos y fue adoptado por muchos fabricantes y luego estandarizado en el estándar de programación de sistemas de control IEC 61131-3. A partir de 2015, todavía se usa mucho, gracias a su simplicidad.

A partir de 2015, la mayoría de los sistemas PLC se adhieren al estándar IEC 61131-3 que define 2 lenguajes de programación textual: Texto estructurado (ST; similar a Pascal) y Lista de instrucciones (IL); así como 3 lenguajes gráficos: Ladder Diagram, Function Block Diagram (FBD) y Sequential Function Chart (SFC). La lista de instrucciones (IL) quedó obsoleta en la tercera edición del estándar.

Los PLC modernos se pueden programar de diversas maneras, desde la lógica de escalera derivada de relés hasta lenguajes de programación como dialectos especialmente adaptados de BASIC y C.

Si bien los conceptos fundamentales de la programación de PLC son comunes a todos los fabricantes, las diferencias en el direccionamiento de E/S, la organización de la memoria y los conjuntos de instrucciones significan que los programas de PLC nunca son perfectamente intercambiables entre diferentes fabricantes. Incluso dentro de la misma línea de productos de un solo fabricante, los diferentes modelos pueden no ser directamente compatibles.

Dispositivo de programación

Los programas de PLC generalmente se escriben en un dispositivo de programación, que puede tomar la forma de una consola de escritorio, un software especial en una computadora personal o un dispositivo de programación portátil. Luego, el programa se descarga al PLC directamente oa través de una red. Se almacena en una memoria flash no volátil o en una memoria RAM respaldada por batería. En algunos controladores programables, el programa se transfiere desde una computadora personal al PLC a través de una placa de programación que escribe el programa en un chip extraíble, como una EPROM.

Los fabricantes desarrollan software de programación para sus controladores. Además de poder programar PLC en varios idiomas, brindan características comunes como diagnóstico y mantenimiento de hardware, depuración de software y simulación fuera de línea.

Un programa escrito en una computadora personal o cargado desde un PLC usando un software de programación se puede copiar y respaldar fácilmente en un almacenamiento externo.

Simulación

La simulación de PLC es una función que se encuentra a menudo en el software de programación de PLC. Permite probar y depurar al principio del desarrollo de un proyecto.

Un PLC programado incorrectamente puede resultar en pérdida de productividad y condiciones peligrosas. Probar el proyecto en simulación mejora su calidad, aumenta el nivel de seguridad asociado con el equipo y puede ahorrar tiempo de inactividad costoso durante la instalación y puesta en marcha de aplicaciones de control automatizado, ya que se pueden probar muchos escenarios antes de que se active el sistema.

Funcionalidad

Sistema PLC en un rack, izquierda a derecha: unidad de alimentación (PSU), CPU, módulo de interfaz (IM) y procesador de comunicación (CP)

Panel de control con PLC (elementos grises en el centro). La unidad consta de elementos separados, de izquierda a derecha; fuente de alimentación, controlador, unidades de relé para entrada y salida

La principal diferencia con la mayoría de los otros dispositivos informáticos es que los PLC están diseñados para condiciones más severas (como polvo, humedad, calor, frío) y, por lo tanto, son tolerantes, al tiempo que ofrecen una amplia entrada/salida (E/S) para conectar el PLC a sensores y actuadores. La entrada de PLC puede incluir elementos digitales simples como interruptores de límite, variables analógicas de sensores de proceso (como temperatura y presión) y datos más complejos como los de posicionamiento o sistemas de visión artificial. La salida del PLC puede incluir elementos como indicadores luminosos, sirenas, motores eléctricos, cilindros neumáticos o hidráulicos, relés magnéticos, solenoides o salidas analógicas. Los arreglos de entrada/salida pueden integrarse en un PLC simple, o el PLC puede tener módulos de E/S externos conectados a un bus de campo o red informática que se conecta al PLC.

La funcionalidad del PLC ha evolucionado a lo largo de los años para incluir control de relé secuencial, control de movimiento, control de procesos, sistemas de control distribuido y redes. El manejo de datos, el almacenamiento, la potencia de procesamiento y las capacidades de comunicación de algunos PLC modernos son aproximadamente equivalentes a las computadoras de escritorio. La programación tipo PLC combinada con hardware de E/S remotas permite que una computadora de escritorio de uso general se superponga con algunos PLC en ciertas aplicaciones. Los controladores de computadoras de escritorio generalmente no han sido aceptados en la industria pesada porque las computadoras de escritorio funcionan con sistemas operativos menos estables que los PLC y porque el hardware de la computadora de escritorio generalmente no está diseñado para los mismos niveles de tolerancia a la temperatura, la humedad, la vibración y la longevidad que el procesadores utilizados en los PLC. Los sistemas operativos como Windows no se prestan a la ejecución lógica determinista, lo que da como resultado que el controlador no siempre responda a los cambios de estado de entrada con la consistencia en el tiempo que se espera de los PLC. Las aplicaciones de lógica de escritorio encuentran uso en situaciones menos críticas, como la automatización de laboratorios y el uso en pequeñas instalaciones donde la aplicación es menos exigente y crítica.

Funciones básicas

La función más básica de un controlador programable es emular las funciones de los relés electromecánicos. A las entradas discretas se les asigna una dirección única y una instrucción de PLC puede probar si el estado de la entrada está activado o desactivado. Del mismo modo que una serie de contactos de relé realizan una función Y lógica, y no permiten el paso de corriente a menos que todos los contactos estén cerrados, una serie de "examinar si está activado" las instrucciones energizarán su bit de almacenamiento de salida si todos los bits de entrada están activados. De manera similar, un conjunto paralelo de instrucciones realizará un OR lógico. En un diagrama de cableado de un relé electromecánico, un grupo de contactos que controlan una bobina se denomina "peldaño" de un 'diagrama de escalera', y este concepto también se utiliza para describir la lógica del PLC. Algunos modelos de PLC limitan el número de instrucciones en serie y en paralelo en un "peldaño" de lógica La salida de cada renglón establece o borra un bit de almacenamiento, que puede estar asociado con una dirección de salida física o que puede ser una "bobina interna" sin conexión física. Tales bobinas internas se pueden usar, por ejemplo, como un elemento común en múltiples peldaños separados. A diferencia de los relés físicos, normalmente no hay límite en el número de veces que se puede hacer referencia a una entrada, salida o bobina interna en un programa de PLC.

Algunos PLC imponen un estricto orden de ejecución de izquierda a derecha y de arriba a abajo para evaluar la lógica de renglón. Esto es diferente de los contactos de relés electromecánicos que, en un circuito suficientemente complejo, pueden pasar la corriente de izquierda a derecha o de derecha a izquierda, según la configuración de los contactos circundantes. La eliminación de estos "caminos furtivos" es un error o una función, según el estilo de programación.

Las instrucciones más avanzadas del PLC pueden implementarse como bloques funcionales, que realizan alguna operación cuando se habilitan mediante una entrada lógica y que producen salidas para señalar, por ejemplo, finalización o errores, mientras manipulan variables internamente que pueden no corresponder a lógica discreta.

Comunicación

Los PLC utilizan puertos integrados, como USB, Ethernet, RS-232, RS-485 o RS-422 para comunicarse con dispositivos externos (sensores, actuadores) y sistemas (software de programación, SCADA, HMI). La comunicación se lleva a cabo a través de varios protocolos de red industrial, como Modbus o EtherNet/IP. Muchos de estos protocolos son específicos del proveedor.

Los PLC utilizados en sistemas de E/S más grandes pueden tener comunicación punto a punto (P2P) entre procesadores. Esto permite que partes separadas de un proceso complejo tengan un control individual al tiempo que permite que los subsistemas se coordinen a través del enlace de comunicación. Estos enlaces de comunicación también se utilizan a menudo para dispositivos HMI, como teclados o estaciones de trabajo tipo PC.

Anteriormente, algunos fabricantes ofrecían módulos de comunicación dedicados como una función adicional donde el procesador no tenía una conexión de red integrada.

Interfaz de usuario

Panel de control con interfaz de usuario PLC para regulación de oxidación térmica

Es posible que los PLC necesiten interactuar con personas con fines de configuración, generación de informes de alarma o control diario. Para ello se emplea una interfaz hombre-máquina (HMI). Las HMI también se denominan interfaces hombre-máquina (MMI) e interfaces gráficas de usuario (GUI). Un sistema simple puede usar botones y luces para interactuar con el usuario. Las pantallas de texto están disponibles, así como las pantallas táctiles gráficas. Los sistemas más complejos usan software de programación y monitoreo instalado en una computadora, con el PLC conectado a través de una interfaz de comunicación.

Proceso de un ciclo de escaneo

Un PLC trabaja en un ciclo de exploración de programa, donde ejecuta su programa repetidamente. El ciclo de escaneo más simple consta de 3 pasos:

1. read inputs,
2. ejecutar el programa,
3. escribir salidas.

El programa sigue la secuencia de instrucciones. Por lo general, toma un lapso de tiempo de decenas de milisegundos para que el procesador evalúe todas las instrucciones y actualice el estado de todas las salidas. Si el sistema contiene E/S remotas, por ejemplo, un bastidor externo con módulos de E/S, eso introduce incertidumbre adicional en el tiempo de respuesta del sistema PLC.

A medida que los PLC se hicieron más avanzados, se desarrollaron métodos para cambiar la secuencia de ejecución de la escalera y se implementaron subrutinas. Esta programación mejorada podría usarse para ahorrar tiempo de escaneo para procesos de alta velocidad; por ejemplo, las partes del programa utilizadas únicamente para configurar la máquina podrían segregarse de aquellas partes requeridas para operar a mayor velocidad. Los PLC más nuevos ahora tienen la opción de ejecutar el programa lógico de forma síncrona con el escaneo de E/S. Esto significa que IO se actualiza en segundo plano y la lógica lee y escribe valores según sea necesario durante la exploración lógica.

Los módulos de E/S de propósito especial se pueden usar cuando el tiempo de exploración del PLC es demasiado largo para permitir un rendimiento predecible. Los módulos de temporización de precisión, o módulos contadores para usar con codificadores de eje, se utilizan cuando el tiempo de exploración sería demasiado largo para contar pulsos de manera confiable o detectar el sentido de rotación de un codificador. Esto permite que incluso un PLC relativamente lento interprete los valores contados para controlar una máquina, ya que la acumulación de pulsos la realiza un módulo dedicado que no se ve afectado por la velocidad de ejecución del programa.

Seguridad

En su libro de 1998, E. A. Parr señaló que aunque la mayoría de los controladores programables requieren claves físicas y contraseñas, la falta de sistemas estrictos de control de acceso y control de versiones, así como un lenguaje de programación fácil de entender, hacen que sea probable que se producirán cambios no autorizados en los programas y pasarán desapercibidos.

Antes del descubrimiento del gusano informático Stuxnet en junio de 2010, la seguridad de los PLC recibía poca atención. Los controladores programables modernos generalmente contienen sistemas operativos en tiempo real, que pueden ser vulnerables a vulnerabilidades de manera similar a los sistemas operativos de escritorio, como Microsoft Windows. Los PLC también pueden ser atacados al obtener el control de una computadora con la que se comunican. Desde 2011, estas preocupaciones han aumentado a medida que las redes se vuelven más comunes en el entorno de PLC, conectando las redes de la planta y las redes de oficinas que antes estaban separadas.

En febrero de 2021, Rockwell Automation reveló públicamente una vulnerabilidad crítica que afectaba a su familia de controladores Logix. La clave criptográfica secreta utilizada para verificar la comunicación entre el PLC y la estación de trabajo puede extraerse del software de programación Studio 5000 Logix Designer y usarse para cambiar de forma remota el código del programa y la configuración del controlador conectado. La vulnerabilidad recibió una puntuación de gravedad de 10 sobre 10 en la escala de vulnerabilidad CVSS. En el momento de redactar este informe, la mitigación de la vulnerabilidad consistía en limitar el acceso a la red a los dispositivos afectados.

PLC de seguridad

Los PLC de seguridad pueden ser un modelo independiente o un hardware con clasificación de seguridad y funcionalidad añadida a las arquitecturas de controlador existentes (Allen-Bradley Guardlogix, serie F de Siemens, etc.). Se diferencian de los tipos de PLC convencionales en que son adecuados para aplicaciones críticas para la seguridad para las que los PLC se han complementado tradicionalmente con relés de seguridad cableados y áreas de la memoria dedicadas a las instrucciones de seguridad. El estándar de nivel de seguridad es el SIL.

Se puede usar un PLC de seguridad para controlar el acceso a una celda robótica con acceso de llave atrapada o para administrar la respuesta de cierre a una parada de emergencia en una línea de producción de transportadores. Dichos PLC suelen tener un conjunto de instrucciones regular restringido aumentado con instrucciones específicas de seguridad diseñadas para interactuar con paradas de emergencia, pantallas de luz, etc.

La flexibilidad que ofrecen estos sistemas ha resultado en un rápido crecimiento de la demanda de estos controladores.

PLC comparado con otros sistemas de control

PLC instalado en un panel de control

Centro de control con PLC para RTO

Los PLC se adaptan bien a una variedad de tareas de automatización. Estos son típicamente procesos industriales en la fabricación donde el costo de desarrollar y mantener el sistema de automatización es alto en relación con el costo total de la automatización, y donde se esperarían cambios en el sistema durante su vida operativa. Los PLC contienen dispositivos de entrada y salida compatibles con controles y dispositivos piloto industriales; se requiere poco diseño eléctrico y el problema de diseño se centra en expresar la secuencia deseada de operaciones. Las aplicaciones de PLC suelen ser sistemas altamente personalizados, por lo que el costo de un PLC empaquetado es bajo en comparación con el costo de un diseño de controlador personalizado específico. Por otro lado, en el caso de bienes producidos en masa, los sistemas de control personalizados son económicos. Esto se debe al menor costo de los componentes, que se pueden elegir de manera óptima en lugar de un "genérico" solución, y donde los cargos de ingeniería no recurrentes se reparten entre miles o millones de unidades.

Los controladores programables se utilizan ampliamente en el control de movimiento, posicionamiento o par. Algunos fabricantes producen unidades de control de movimiento para integrarse con PLC de modo que el código G (que involucra una máquina CNC) pueda usarse para instruir los movimientos de la máquina.

Chip PLC/controlador integrado

Nano ACE PLC & Chip PLC para pequeños fabricantes de máquinas / pequeños o medianos volúmenes

Para máquinas pequeñas con volumen bajo o medio. PLC que pueden ejecutar lenguajes de PLC como Ladder, Flow-Chart/Grafcet,... Similares a los PLC tradicionales, pero su pequeño tamaño permite a los desarrolladores diseñarlos en placas de circuito impreso personalizadas como un microcontrolador, sin conocimientos de programación informática, pero con un lenguaje que es fácil de usar, modificar y mantener. Está entre los clásicos PLC/Micro-PLC y los Microcontroladores.

Temporizadores de cámara

Para tareas de automatización fijas de gran volumen o muy simples, se utilizan diferentes técnicas. Por ejemplo, un lavavajillas de consumo económico estaría controlado por un temporizador de leva electromecánico que costaría solo unos pocos dólares en cantidades de producción.

Microcontroladores

Un diseño basado en un microcontrolador sería apropiado donde se producirán cientos o miles de unidades y, por lo tanto, el costo de desarrollo (diseño de fuentes de alimentación, hardware de entrada/salida y las pruebas y certificaciones necesarias) se puede repartir entre muchas ventas, y donde el usuario final no necesitaría alterar el control. Las aplicaciones automotrices son un ejemplo; Cada año se fabrican millones de unidades y muy pocos usuarios finales alteran la programación de estos controladores. Sin embargo, algunos vehículos especiales, como los autobuses de tránsito, utilizan de forma económica PLC en lugar de controles diseñados a medida, porque los volúmenes son bajos y el costo de desarrollo no sería económico.

Ordenadores de placa única

El control de procesos muy complejos, como los que se utilizan en la industria química, puede requerir algoritmos y un rendimiento más allá de la capacidad incluso de los PLC de alto rendimiento. Los controles de muy alta velocidad o precisión también pueden requerir soluciones personalizadas; por ejemplo, controles de vuelo de aeronaves. Las computadoras de una sola placa que utilizan hardware semi-personalizado o completamente patentado se pueden elegir para aplicaciones de control muy exigentes donde se pueden soportar los altos costos de desarrollo y mantenimiento. "PLC blandos" que se ejecuta en computadoras de escritorio puede interactuar con hardware de E/S industrial mientras ejecuta programas dentro de una versión de sistemas operativos comerciales adaptados para las necesidades de control de procesos.

La creciente popularidad de las computadoras de placa única también ha influido en el desarrollo de los PLC. Los PLC tradicionales son generalmente plataformas cerradas, pero algunos PLC más nuevos (por ejemplo, groov EPIC de Opto 22, ctrlX de Bosch Rexroth, PFC200 de Wago, PLCnext de Phoenix Contact y Revolution Pi de Kunbus) brindan las características de los PLC tradicionales en una plataforma abierta.

Controladores PID

Los PLC pueden incluir lógica para un lazo de control analógico de retroalimentación de variable única, un controlador PID. Un bucle PID podría usarse para controlar la temperatura de un proceso de fabricación, por ejemplo. Históricamente, los PLC generalmente se configuraban con solo unos pocos lazos de control analógicos; donde los procesos requerían cientos o miles de bucles, en su lugar se utilizaría un sistema de control distribuido (DCS). A medida que los PLC se han vuelto más poderosos, el límite entre las aplicaciones DCS y PLC se ha desdibujado.

Relés lógicos programables (PLR)

En años más recientes, los productos pequeños llamados relés lógicos programables (PLR) o relés inteligentes se han vuelto más comunes y aceptados. Son similares a los PLC y se usan en industrias ligeras donde solo se necesitan unos pocos puntos de E/S y se desea un bajo costo. Estos pequeños dispositivos suelen fabricarse en un tamaño y una forma físicos comunes por varios fabricantes y tienen la marca de los fabricantes de PLC más grandes para completar su gama de productos de gama baja. La mayoría de estos tienen de 8 a 12 entradas discretas, de 4 a 8 salidas discretas y hasta 2 entradas analógicas. La mayoría de estos dispositivos incluyen una pequeña pantalla LCD del tamaño de un sello de correos para ver la lógica de escalera simplificada (solo una porción muy pequeña del programa es visible en un momento dado) y el estado de los puntos de E/S, y normalmente estas pantallas van acompañadas de un Pulsador basculante de 4 vías más cuatro pulsadores separados más, similares a los botones de tecla en un control remoto de VCR, y se utilizan para navegar y editar la lógica. La mayoría tiene un pequeño enchufe para conectarse a través de RS-232 o RS-485 a una computadora personal para que los programadores puedan usar aplicaciones simples en sistemas operativos de propósito general como MS Windows, macOS o Linux, que tienen interfaces de usuario (G) fáciles de usar, para programación en lugar de verse obligado a usar la pequeña pantalla LCD y el botón pulsador para este propósito. A diferencia de los PLC normales que suelen ser modulares y ampliables en gran medida, los PLR no suelen ser modulares ni ampliables, pero su precio puede ser dos órdenes de magnitud inferior al de un PLC, y siguen ofreciendo un diseño robusto y una ejecución determinista de la lógica.

Una variante de los PLC que se utiliza en ubicaciones remotas es la unidad terminal remota o RTU. Una RTU suele ser un PLC reforzado de baja potencia cuya función clave es gestionar los enlaces de comunicaciones entre el sitio y el sistema de control central (normalmente SCADA) o, en algunos sistemas modernos, "La nube". A diferencia de la automatización de fábricas que utiliza Ethernet de alta velocidad, los enlaces de comunicaciones a sitios remotos a menudo se basan en radio y son menos confiables. Para dar cuenta de la confiabilidad reducida, RTU almacenará los mensajes en el búfer o cambiará a rutas de comunicación alternativas. Al almacenar en búfer los mensajes, la RTU marcará la hora de cada mensaje para que se pueda reconstruir un historial completo de los eventos del sitio. Las RTU, al ser PLC, tienen una amplia gama de E/S y son completamente programables, generalmente con lenguajes del estándar IEC 61131-3 que es común a muchos PLC, RTU y DCS. En ubicaciones remotas, es común usar una RTU como puerta de enlace para un PLC, donde el PLC realiza todo el control del sitio y la RTU administra las comunicaciones, marca de tiempo los eventos y monitorea los equipos auxiliares. En sitios con solo un puñado de E/S, la RTU también puede ser el PLC del sitio y realizará funciones de comunicación y control.