Para entender cómo está evolucionando el papel del controlador lógico programable (PLC) tradicional, es interesante echar primero un vistazo a su origen. 

El primer PLC salió al mercado en 1968, el Modicon 084, diseñado para satisfacer la demanda de General Motor de un controlador de máquinas estándar. Se trataba de un dispositivo electrónico programable de tecnología operativa (OT) relativamente sencillo que se utilizaba para sustituir los circuitos de relés de control cableados.

«El PLC ofrecía un entorno de diseño flexible, fácil de modificar y mantener, con una rápida capacidad de resolución de problemas. Su funcionamiento era tal que escaneaba cíclicamente las entradas, ejecutaba su programa de lógica de escalera y, a continuación, escribía en las salidas», explica Dave Sutton, Producer Manager de Schneider Electric. 

A principios de los 90, la tecnología había avanzado y empezaron a aparecer plataformas de controladores de automatización programables (PAC). «Los PAC incluían funciones adicionales como el control PID, mayor conectividad y conexión en red, servidores web integrados y más capacidad de procesamiento y gestión de datos, pero en esencia seguían siendo PLC con funciones añadidas», continúa Dave.

En los últimos tiempos, los fabricantes se han enfrentado a continuas demandas y retos para mejorar su juego: fabricar de forma más inteligente y ágil y transformar digitalmente sus operaciones para reducir los residuos, el consumo de energía y el tiempo de inactividad, al tiempo que aumentan la eficacia y la productividad general. 

Según Dave, esto ha puesto de manifiesto algunas limitaciones clave de los PLC. Entre ellas, las siguientes 

– Los PLC no están preparados para IT: Actualmente, se está utilizando una oleada de tecnología IIoT basada en IT junto con PLC de tecnología operativa (OT) tales como la inteligencia artificial, aprendizaje automático, hermanamiento digital o análisis de datos, sin embargo, se requiere una buena cantidad de ingeniería e integración de bajo nivel para unir estas tecnologías.

– Ingeniería de nodo único: Los PLC y PAC actuales están diseñados en torno a IEC61131. Los programas de aplicación se escriben para un nodo (un PLC) a la vez, por lo que una aplicación más grande distribuida en una arquitectura más amplia requiere importantes comunicaciones de bajo nivel y una configuración de red que debe gestionarse por separado.  

– Dependencia del proveedor: El hardware del PLC y el software de aplicación están unidos, por lo que el usuario se ve obligado a utilizar la solución patentada de un proveedor. 

– Gestión de la obsolescencia: Aunque los fabricantes suelen ofrecer vías de migración asistida, normalmente se requiere un esfuerzo de ingeniería considerable para migrar de un PLC heredado a una nueva plataforma.

El futuro de los PLC

A continuación, Dave habló de dos factores clave que están definiendo la evolución de los PLC:

– Edge computing: “Los controladores de borde” de nueva generación pueden instalarse junto a los PLC tradicionales, pero cada vez es más común ejecutar aplicaciones de control OT y de gestión de datos, de tecnología de la información (IT) en el mismo controlador Edge. Los recientes avances en hardware de edge controller y sistemas operativos duales facilitan la solidez, fiabilidad y disponibilidad necesarias para ejecutar el control determinista en tiempo real en un núcleo con un sistema operativo Linux, mientras que las aplicaciones de datos de IT pueden ejecutarse en un segundo núcleo con un sistema operativo diferente. 

De este modo se garantiza la total independencia entre las tareas, pero todas están estrechamente integradas en una única plataforma, lo que simplifica las arquitecturas y el esfuerzo de ingeniería. El controlador edge podría adoptar la forma de un PC industrializado local o de una virtualización que se ejecute en un microcentro de datos local o de forma remota en la nube. 

– Norma IEC61499: IEC61499 amplía y mejora IEC 61131. Permite la portabilidad de las aplicaciones entre proveedores, a la vez que desvincula el software y el hardware, facilitando el diseño holístico de aplicaciones que posteriormente pueden desplegarse en uno o varios nodos, incluidos controladores de borde, PLC y variadores de velocidad.

La comunicación entre nodos se gestiona de forma transparente, lo que puede reducir drásticamente el esfuerzo de ingeniería. Un organismo independiente, universalautomation.org (UAO), gestiona la aplicación de este enfoque y ha creado un motor de tiempo de ejecución compartido que es independiente del hardware y puede implantarse en cualquier dispositivo compatible con UAO. Esto es válido para la gestión de la obsolescencia, ya que el código de la aplicación puede volver a implementarse en un nuevo hardware compatible con UAO en el futuro.

«Los PLC han avanzado mucho desde su lanzamiento en 1968», afirma Dave. «Su futuro parece abocado a la migración hacia controladores periféricos que faciliten la convergencia nativa entre IT y IoT, impulsados por la norma IEC61499, que permite la gestión de la obsolescencia de soluciones agnósticas de hardware y arquitecturas distribuidas con un esfuerzo de ingeniería mínimo».

Ampliamente utilizados

Steve Ward, Director de Ingeniería de Aplicaciones para EMEA de Emerson, explicó que los PLC tradicionales han sido fundamentales para las fábricas durante mucho tiempo y siguen utilizándose ampliamente para controlar máquinas, líneas de montaje y procesos. «Su adopción generalizada se debe a su facilidad de programación e instalación y a su rapidez para realizar tareas», afirmó.

Por un lado, Steve sostiene que el papel del PLC no ha cambiado. «Las instalaciones industriales siguen necesitando un dispositivo de control determinista y de alta velocidad que sea fácil de programar y depurar para los ingenieros mecánicos y eléctricos, que integre estrechamente varios sensores y actuadores, controladores de movimiento y equipos de seguridad y que, con redundancia, pueda ofrecer alta disponibilidad en aplicaciones críticas».

Asimismo, indica que el PLC guarda grandes cantidades de información que puede beneficiar a otros departamentos de la organización. “Entre estos datos se hallan los de rendimiento de la máquina, los de calidad, los de gasto de energía y muchos más. Otra alternativa es que el PLC disponga de un protocolo de comunicaciones moderno, como OPC UA, para permitir que una aplicación externa consulte los datos del controlador de forma segura y oportuna. Los datos también se pueden reescribir para mejorar y optimizar las operaciones. Ninguna de estas aplicaciones ha implicado un cambio fundamental en la naturaleza del PLC”.

Steve sugirió que, para obtener la funcionalidad edge, se podría añadir un dispositivo informático independiente. La ventaja de este planteamiento sería que se necesitarían pocos cambios en las arquitecturas de PLC tradicionales y habría una clara delimitación entre el controlador centrado en OT y el dispositivo de borde centrado en IT. El inconveniente es que la integración entre el PLC y el dispositivo de borde es limitada. Además, se necesita más espacio en el panel y fuentes de alimentación, y muchos usuarios ni siquiera se plantean cómo sacar el máximo partido a los datos, porque están ocultos para los usuarios potenciales. Es posible que los usuarios centrados en IT ni siquiera sepan qué es un autómata programable, o qué hace.

Steve también ha sugerido una opción para el futuro, comenzar a realizar funciones de procesamiento edge dentro del PLC. «Los usuarios pueden programar el PLC en lenguajes como texto estructurado o C. Sin embargo, estos lenguajes no son óptimos y sigue existiendo una falta de conectividad que limita lo que se puede hacer. Algunos proveedores de controladores están evaluando la posibilidad de utilizar lenguajes de programación más modernos y sencillos, como Python, pero el problema de la conectividad persiste.

“Otra solución podría ser aprovechar las modernas CPU multinúcleo y utilizar la tecnología de hipervisor para dividir un único dispositivo físico en dos dispositivos lógicos”, añade. Con los controladores de borde PACSystems de Emerson, una CPU de cuatro núcleos se divide en un motor PLC y un IPC que ejecuta Ubuntu Linux, cada uno de los cuales utiliza dos núcleos.»En este escenario, el motor PLC funciona como antes, proporcionando un control determinista de alta velocidad y utilizando técnicas estándar de programación y diagnóstico. La partición Linux del controlador edge, ejecuta la pila PACEdge de Emerson, que combina código abierto y software Movicon en una plataforma IIoT para el desarrollo de aplicaciones de borde. Un canal Ethernet virtual, que utiliza OPC UA, conecta el PLC con PACEdge. Dentro de PACEdge, los usuarios pueden configurar aplicaciones utilizando herramientas de código abierto.

“Un enfoque futuro más radical podría ser prescindir por completo del PLC”, afirma Steve. “La potencia de los ordenadores es cada vez mayor e incluso los dispositivos más sencillos pueden contener una CPU y ofrecer conectividad. Sería totalmente viable disponer de un actuador inteligente que recibiera datos de uno o varios sensores, incluso de Internet, y ejecutara su propio algoritmo para determinar la función de control necesaria. Piensa en una bombilla inteligente que toma datos de varios interruptores, la hora del día, la ocupación de la habitación y la iluminación ambiental y decide si se enciende o se apaga sola y con qué intensidad brilla, y luego imagine cómo podría funcionar este concepto para un control basado en PLC«.

Definición de edge computing

Holger Meyer, Director de Sistemas de Control de Phoenix Contact, profundizó sobre el edge. Con la ayuda del edge computing, los datos se pre-procesan cerca de la fuente de datos, en el «borde» de la red, lo que puede reducir la carga del centro de datos y permitir una respuesta más rápida a los eventos in situ. La distancia física a menudo no permite tiempos de reacción rápidos, que pueden ser necesarios, por lo que las soluciones edge ofrecen ventajas que significa que el centro de datos no tiene que trasladarse a la planta», dijo.

Con unos volúmenes de datos que seguirán creciendo exponencialmente y unos tiempos de respuesta en tiempo real cada vez más necesarios, no es posible transferir todos los datos a un centro de datos en el tiempo requerido. Con el componente edge, no es necesario enviar todos los datos, lo que resuelve los problemas relacionados con la exigencia de tiempo real y la utilización del ancho de banda.

«El edge computing desempeña un papel cada vez más crucial en la fabricación porque permite actualizar las máquinas más antiguas sin acceso integrado a la red. Además, el procesamiento en tiempo real, la utilización de la red y el control de la máquina pueden realizarse en un solo dispositivo», continúa Holger.

Planteó la pregunta de si el edge computing tiene que significar un dispositivo completamente diferente, o si un controlador tradicional podría simplemente manejar también los datos de las tareas de borde. «Hay muchas variaciones posibles, dependiendo de la tarea», respondió a esto. Si sólo se necesitan datos de unos pocos sensores, la mayoría de los controladores modernos pueden encargarse de esta tarea». Un controlador moderno se entiende aquí como un producto que permite las correspondientes opciones de integración de software de IT. Esto se debe a que las ITy las OT pueden combinarse perfectamente en un solo dispositivo. Además, los sistemas operativos abiertos completan la imagen global del sistema de control. Si, además, el proceso de la planta debe operarse con un elevado tiempo real, entonces esto está reservado sin duda sólo a los controladores más potentes, o a una unidad independiente.»

Conclusión

Hoy en día, la pregunta sobre el papel de los PLC tradicionales, con la llegada del edge computing, puede responderse de muchas maneras diferentes en función de los requisitos de la aplicación. Por suerte, la tecnología ha avanzado hasta el punto de que habrá una solución disponible para satisfacer prácticamente todos los requisitos.

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Redacción artículo: control engineering europe