1.

1 Definiciones:

Un controlador lógico programable, más conocido por sus siglas en inglés PLC
(Programmable Logic Controller) Originalmente se denominaban PCs
(Programmable Controllers), pero, con la llegada de las IBM PCs, para evitar
confusión, se emplearon definitivamente las siglas PLC, en Europa, el mismo
concepto es llamado Autómata Programable. La definición más apropiada es:
Sistema Industrial de Control Automático que trabaja bajo una secuencia
almacenada en memoria, de instrucciones lógicas. Es un sistema porque contiene
todo lo necesario para operar, e industrial por tener todos los registros necesarios
para operar en los ambientes hostiles encontrados en la industria. En otras palabras
es una computadora utilizada en la ingeniería automática o automatización
industrial, para automatizar procesos electromecánicos, tales como el control de la
maquinaria de la fábrica en líneas de montaje, producción de electricidad etc.

Los PLCs son utilizados en muchas industrias y máquinas. A diferencia de las

computadoras de propósito general, el PLC está diseñado para múltiples señales
de entrada y de salida, rangos de temperatura ampliados, inmunidad al ruido
eléctrico y resistencia a la vibración y al impacto. Los programas para el control de
funcionamiento de la máquina se suelen almacenar en baterías copia de seguridad
o en memorias no volátiles. Un PLC es un ejemplo de un sistema de tiempo real
duro donde los resultados de salida deben ser producidos en respuesta a las
condiciones de entrada dentro de un tiempo limitado, que de lo contrario no
producirá el resultado deseado. Es decir los PLC's o Autómatas Programables, son
dispositivos electrónicos creados específicamente para el control de procesos
secuenciales (procesos compuestos de varias etapas consecutivas), con el fin de
lograr que una máquina o cualquier otro dispositivo funcione de forma automática.
Puesto que están pensados para aplicaciones de control industrial, su diseño les
confiere una especial robustez.

Al utilizar los PLC ó autómatas y software se puede realizar un control total sobre
la instalación, desde la carga de material hasta el destino, pasando por cada uno de
los subprocesos intermedios de la producción. Todo esto se realiza de una forma
totalmente automatizada, minimizando en lo posible la intervención del operario,
aunque siempre ofreciendo la posibilidad de ajustar el funcionamiento de la
instalación mediante los numerosos parámetros de los que se dispone,
debidamente detallados y proporcionando toda la información necesaria para el
seguimiento del proceso.
Un autómata programable suele emplearse en procesos industriales que tengan
una o varias de las siguientes necesidades:

• Espacio reducido.
• Procesos de producción periódicamente cambiantes.
• Procesos secuenciales.
• Maquinaria de procesos variables.
• Instalaciones de procesos complejos y amplios.
• Chequeo de programación centralizada de las partes del proceso.

Aplicaciones generales:
• Maniobra de máquinas.
• Maniobra de instalaciones.
• Señalización y control.

Entre las ventajas tenemos:

• Menor tiempo de elaboración de proyectos.
• Posibilidad de añadir modificaciones sin costo añadido en otros componentes.
• Mínimo espacio de ocupación.
• Menor costo de mano de obra.
• Mantenimiento económico.

• Posibilidad de gobernar varias máquinas con el mismo autómata.

• Menor tiempo de puesta en funcionamiento.

• Si el autómata queda pequeño para el proceso industrial puede seguir siendo de
utilidad en otras máquinas o sistemas de producción.

Inconvenientes:
• Adiestramiento de técnicos.
• Costo.
1.2 Antecedentes históricos de los PLC’s

Hasta hace poco tiempo el control de procesos industriales se hacía de forma

cableado por medio de contactores y relés. Al operario que se encontraba a cargo
de este tipo de instalaciones, se le exigía tener altos conocimientos técnicos para
poder realizarlas y mantenerlas. Por otra parte, cualquier variación en el proceso
suponía modificar físicamente gran parte de las conexiones de los montajes, siendo
necesario para ello un gran esfuerzo técnico y un mayor desembolso económico.

En la actualidad, no se puede entender un proceso complejo de alto nivel

desarrollado por técnicas cableadas. El ordenador y los autómatas programables
han intervenido de forma considerable para que este tipo de instalaciones se hayan
visto sustituidas por otras controladas de forma programada.

Los PLC's se introdujeron por primera vez en la industria en 1960

aproximadamente por la necesidad de eliminar el gran costo que se producía al
reemplazar el complejo sistema de control basado en relés y contactores.

El problema de los relés era que cuando los requerimientos de producción

cambiaban también lo hacía el sistema de control. Dado que los relés son
dispositivos mecánicos y poseen una vida limitada se requería una estricta
mantención planificada. Por otra parte, a veces se debían realizar conexiones entre
cientos o miles de relés, lo que implicaba un enorme esfuerzo de diseño y
mantenimiento.

Estos nuevos controladores debían ser fácilmente programables por ingenieros

de planta o personal de mantenimiento. El tiempo de vida debía ser largo y los
cambios en el programa tenían que realizarse de forma sencilla. La solución fue el
empleo de una técnica de programación familiar y reemplazar los relés mecánicos
por relés de estado sólido.

En 1969 la División Hydramatic de la General Motors instaló el primer PLC para

reemplazar los sistemas inflexibles cableados usados entonces en sus líneas de
producción.
El primer PLC Fue el MODICON- 084:

Ya en 1971, los PLCs se extendían a otras industrias y, en los ochentas, ya los

componentes electrónicos permitieron un conjunto de operaciones en 16 bits,-
comparados con los 4 de los 70s -, en un pequeño volumen, lo que los popularizó
en todo el mundo.
A mediados de los 70, los microprocesadores convencionales cedieron la potencia
necesaria para resolver de forma rápida y completa la lógica de los pequeños PLC's.
Por cada modelo de microprocesador había un modelo de PLC basado en el mismo.
No obstante, el modelo 2903 de AMD fue de los más utilizados.
Las habilidades de comunicación comenzaron a aparecer en 1973. El primer
sistema fue el bus Modicon (Modbus). El PLC podía ahora dialogar con otros PLC's
y en conjunto podían estar aislados de las máquinas que controlaban. También
podían enviar y recibir señales de tensión variables, entrando en el mundo
analógico. Desafortunadamente, la falta de un estándar acompañado con un
continuo cambio tecnológico ha hecho que la comunicación de PLC's sea un gran
océano de sistemas físicos y protocolos incompatibles entre sí.
En el año ochenta, ya los componentes electrónicos permitieron un conjunto de
operaciones en 16 bits,- comparados con los 4 de los 70s -, en un pequeño volumen,
lo que los popularizó en todo el mundo. Tambien en los 80 se produjo un intento de
estandarización de las comunicaciones con el protocolo MAP (Manufacturing
Automation Protocol) de General Motors. En esta decada fue un tiempo en el que
se redujeron las dimensiones del PLC y se pasó a programar con programación
simbólica a través de ordenadores personales en vez de los clásicos terminales de
programación. Hoy día el PLC más pequeño es del tamaño de un simple relé.
En los 90s, aparecieron los microprocesadores de 32 bits con posibilidad de realizar
operaciones matemáticas complejas, y de comunicaciones entre PLCs de diferentes
marcas y PCs, los que abrieron la posibilidad de fábricas completamente
automatizadas y con comunicación a la Gerencia en "tiempo real".

Hoy en día, los grandes competidores de los PLC son los ordenadores
personales o PC, debido a las grandes posibilidades que éstos pueden
proporcionar, aunque los PLC con su reducido tamaño y su gran versatilidad aun
controlan el escenario industrial.

1.3 Principios de un sistema automático:

El control automático de procesos es una de las disciplinas que se ha desarrollado
a una velocidad vertiginosa, dando las bases a lo que hoy algunos autores llaman
la segunda revolución industrial. El uso intensivo de las técnicas del control
automático de procesos tiene como origen la evolución y tecnificación de las
tecnologías de medición y control aplicadas al ambiente industrial.
Su estudio y aplicación ha contribuido al reconocimiento universal de sus ventajas
y beneficios asociados al ámbito industrial, que es donde tiene una de sus mayores
aplicaciones debido a la necesidad de controlar un gran número de variables,
sumado esto a la creciente complejidad de los sistemas.
El control automático de procesos se usa fundamentalmente porque reduce el costo
asociado a la generación de bienes y servicios, incrementa la calidad y volúmenes
de producción de una planta industrial entre otros beneficios asociados con su
aplicación.
La eliminación de errores y un aumento en la seguridad de los procesos es otra
contribución del uso y aplicación de esta técnica de control. En este punto es
importante destacar que anterior a la aplicación masiva de las técnicas de control
automático en la industria, era el hombre el que aplicaba sus capacidades de cálculo
e incluso su fuerza física para la ejecución del control de un proceso o máquina
asociada a la producción.
En la actualidad, gracias al desarrollo y aplicación de las técnicas modernas de
control, un gran número de tareas y cálculos asociados a la manipulación de las
variables ha sido delegado a computadoras, controladores y accionamientos
especializados para el logro de los requerimientos del sistema.
Un sistema está integrado por una serie de elementos que actúan conjuntamente y
que cumplen un cierto objetivo. Los elementos que componen un sistema no son
independientes, sino que están estrechamente relacionados entre sí, de forma que
las modificaciones que se producen en uno de ellos pueden influir en los demás.

Los elementos de un sistema de control automático:

• 1. El sensor detecta las variaciones de la señal de salida y, a través del bucle de
realimentación, envía esta información al comparador. El elemento sensor será de
distinta naturaleza en función de la magnitud que se quiera controlar (sensores de
temperatura, de presión, de luz, de caudal, etc.).

• 2. El comparador o detector de error es un dispositivo que compara la señal de

salida, captada por el sensor, con la señal de entrada. A partir de la diferencia entre
ambas, el comparador produce una señal de error, y la envía al controlador.

• 3. El controlador o regulador interpreta el error que se ha producido y actúa para

anularlo. Mientras no se detecten variaciones en la señal de salida, el controlador
no realiza ninguna acción, pero si la señal de salida se aparta del valor establecido,
el controlador recibe la señal de error del comparador y manda una orden al
actuador para corregir la desviación.

• 4. El actuador actúa sobre la máquina o proceso modificando su funcionamiento,

según las órdenes del controlador. Cuando se detecta un error en la salida del
sistema, el actuador recibe y ejecuta las órdenes para llevar el proceso al
funcionamiento adecuado.

El sensor y el comparador han de tener una respuesta rápida, de forma que el

tiempo transcurrido desde que se detecta un cambio hasta que se actúa en
consecuencia sea el mínimo posible.
Generalmente, los sistemas de control se componen de un dispositivo de entrada,
una unidad de control y un dispositivo de salida. El sistema es en lazo abierto, ya
que el proceso se desarrolla en diferentes fases sin comprobar que el objetivo se
ha alcanzado satisfactoriamente.
En el ejemplo de una lavadora, la señal de salida (que sería la ropa lavada) no se
introduce en el sistema en ningún momento para poder dar el proceso por
terminado. Es posible que la ropa no esté bien lavada pero el sistema no puede
rectificar automáticamente.
Si la señal que queremos controlar debe alcanzar un valor determinado, es habitual
que el sistema la mida constantemente y actúe para alcanzar ese valor deseado.
En este caso el sistema es realimentado, y hablamos de un sistema automático de
lazo cerrado.
Un sistema automático está constituido por un dispositivo de entrada, una unidad
de control y un dispositivo de salida, que conectados entre sí realizan la
transferencia de información.

El principio de todo sistema de control automático es la aplicación del concepto de

realimentación o feedback (medición tomada desde el proceso que entrega
información del estado actual de la variable que se desea controlar) cuya
característica especial es la de mantener al controlador central informado del estado
de las variables para generar acciones correctivas cuando así sea necesario. Este
mismo principio se aplica en campos tan diversos como el control de procesos
químicos, control de hornos en la fabricación del acero, control de máquinas
herramientas, control de variables a nivel médico e incluso en el control de
trayectoria de un proyectil militar.
El uso de las computadoras digitales ha posibilitado la aplicación en forma óptima
del control automático a sistemas físicos que hace algunos años atrás eran
imposibles de analizar o controlar. Uno de estos avances está dado por la aplicación
de las técnicas de control difuso, aplicaciones con redes neuronales, simulación de
sistemas de control y sistemas expertos entre otros.
Es de vital importancia la aplicación del denominado control adaptativo cuya
principal característica es su capacidad de modificar los parámetros del sistema de
control en respuesta a cambios en la dinámica y/o perturbaciones del sistema.
Esta fue la principal razón para introducir este tipo de reguladores, es decir, los
cambios internos que puede sufrir la dinámica de la planta a controlar por factores
ambientales u otros inherentes a los sistemas como el envejecimiento, desgaste y
los cambios en el entorno del conjunto regulador-planta, como por ejemplo, cambios
en la presión y temperatura entre otros. Uno de los primeros campos donde se
introdujo esta técnica de control fue en los pilotos automáticos de vuelo, donde las
condiciones atmosféricas y las propias del vehículo, como el peso y la velocidad,
pueden cambiar radicalmente.
En este punto es importante plantear la pregunta sobre qué es el control automático,
siendo la respuesta a esta inquietud la siguiente:
“El control automático es el mantenimiento de un valor deseado para una cantidad
o condición física, midiendo su valor actual, comparándolo con el valor referencia,
y utilizando la diferencia para proceder a reducirla mediante una acción correctiva.
En consecuencia, el control automático exige un lazo cerrado de acción y reacción
que funcione sin intervención humana”.
1.4 FASES DE ESTUDIO EN LA ELABORACION DE UN AUTOMATISMO

Para el desarrollo y elaboración correcta de un automatismo, por el técnico o equipo

encargado de ello, es necesario conocer previamente los datos siguientes:

a) Las especificaciones técnicas del sistema o proceso a automatizar y su

correcta interpretación.
b) La parte económica asignada para no caer en el error de elaborar una buena
opción desde el punto de vista técnico, pero inviable económicamente.
c) Los materiales, aparatos etc., existentes en el mercado que se van a utilizar
para diseñar el automatismo. En este apartado es importante conocer
también:
 Calidad de la información técnica de los equipos.
 Disponibilidad y rapidez en cuanto a recambios y asistencia técnica.
 El organigrama de la Figura 1.4 representa el procedimiento general o fases más
utilizado para el estudio de los automatismos.

A continuación se va a estudiar cada uno de los apartados descritos:

a) Estudio previo. Es importante antes de acometer cualquier estudio

medianamente serio de un automatismo el conocer con el mayor detalle posible
las características- el funcionamiento, las distintas funciones, etc., de la máquina
o proceso a automatizar; esto lo obtenemos de las especificaciones funcionales,
 ésta es la base mínima a partir de la cual podremos iniciar el siguiente paso, es
decir, estudiar cuáles son los elementos más idóneos para la construcción del
automatismo.

b) Estudio técnico– económico: Es la parte técnica de especificaciones del

automatismo: relación de materiales, aparatos, su adaptación al sistema y al entorno
en el que se haya inscrito, etc. También aquí se ha de valorar la parte operativa del
comporta miento del automatismo en todos sus aspectos, como mantenimiento,
fiabilidad, etcétera. Es obvio que la valoración económica, que será función
directa de las prestaciones del mismo, ha de quedar incluida en esta parte del
estudio.

c) Decisión final: En el apartado anterior se han debido estudiar las dos

posibilidades u opciones tecnológicas generales posibles: lógica cableado y lógica
programada. Con esta información y previa elaboración de los parámetros que se
consideren necesarios tener en cuenta, se procede al análisis del problema.

Los parámetros que se deben valorar para una decisión correcta pueden ser
muchos y variados, algunos de los cuales serán específicos en función del problema
concreto que se va a resolver, pero otros serán comunes, tales como los siguientes:

 Ventajas e inconvenientes que se le asignan a cada opción en relación a su

fiabilidad, vida media y mantenimiento.
 Posibilidades de ampliación y de aprovechamiento de lo existente en cada caso.
 Posibilidades económicas y rentabilidad de la inversión realizada en cada
opción.
 Ahorro desde el punto de vista de necesidades para su manejo y
mantenimiento.

Una vez realizado este análisis sólo queda adoptar la solución final elegida.
1.5 OPCIONES TECNOLOGICAS

El Cuadro nos muestra las opciones tecnológicas posibles derivadas de las dos
generales: lógica cableada y lógica programada. La Figura 1.5 nos ayudará a
decidirnos por la elección que más se acomode a nuestro caso, en función de las
características del mismo.