La Nueva Generación PAC’S: Controladores Automáticos Programables

Por Modesto Vázquez Coronel
México Automatización,
Edición Abril – Junio 2004.

Las demandas de los usuarios por sistemas abiertos y los avances tecnológicos recientes han estimulado la fabricación de dispositivo con microprocesadores más rápidos a precios accesibles.

La denominación de “PAC” remplaza a la “controladores híbridos”, terminó poco preciso para reflejar las funciones extendidas de los PLCs de recién generación

Las compañías tienen la necesidad de integrar equipos de automatización y control muy diversos que se encuentran instalados en el! campo y e! piso de la planta, y luego, conectarlos a los sistemas empresariales, para que la información llegue al nivel de administración más elevado posible.

Hay varios beneficios al comprometerse en esta tarea, por ejemplo, se pueden fabricar productos superiores que generen utilidad y contribuyan al crecimiento de! negocio; se puede combinar la manufactura esbelta con procesos más ágiles para disminuir e! desperdicio y responder con prontitud a la variabilidad de! mercado; se extiende la vida de los sistemas porque e! diseño y construcción de los mismos se realiza en cualquier ubicación; la adopción de arquitecturas comunes basadas en estándares mantienen los costos bajos; facilita la administración de activos de la planta, entre otros.

Las soluciones de control tradicional no permiten e! grado de apertura y flexibilidad que se necesita para obtener estos beneficios porque se involucran numerosas plataformas y sistemas para automatizar la planta entera. Por este motivo, la interoperabilidad y el intercambio de información entre estas partes de! equipo y sistemas es un reto, que muchas veces es muy complicado resolver.

Por muchos años el concepto del PLC o Controlador Lógico Programable ha sido familiar en aplicaciones industriales para la automatización, y últimamente, también en el control de procesos. Por su alto desempeño y operación, ya se ha ganado un lugar muy importante en la historia de! control automático.

La importancia de los PLCs se debe a que todos los procesos de producción se componen de secuencias fijas operativas que involucran pasos lógicos y decisiones, por ejemplo, secuencias en máquinas-herramientas, líneas de ensamble de productos y procesos químicos por lotes (batch). En los principios de la automatización, el control lógico se implementaba mediante relevadores, temporizadores y unidades lógicas que cableadas apropiadamente cumplían una función automática. Por este motivo, el sistema era inflexible, ya que si se necesitaba un cambio en la secuencia se tenía que modificar manualmente el cableado para ajustarse a nuevas condiciones de operación.

En 1970 la situación comenzó a cambiar, ya que emergió la tecnología de mini computadoras, y fue posible, mediante un programa, emular la operación de los interruptores, retrasos de tiempo y operaciones lógicas. Un programa de computación se puede modificar fácilmente para ajustarse a las necesidades del proceso de manufactura. En 1980 se introdujeron los microprocesadores con memoria de almacenamiento y arquitectura de entradas/salidas (l/O) flexibles.

Las demandas de los usuarios por sistemas abiertos y los avances tecnológicos recientes, han estimulado la fabricación de dispositivos con microprocesadores más rápidos a precios accesibles. Los PLCs modernos evolucionaron hacia niveles de desempeño mucho mayores a los que en un principio se tenían contemplados; por ejemplo, ahora los PLCs proveen, entre otras características, una construcción más robusta, interfaces abiertas, desempeño multifuncional, arquitectura modular distribuida y software de programación y configuración integrado.

Además, aunque al principio se confinaban a proveer soluciones para aplicaciones discretas, ahora, también son capaces de ofrecerlas para el control de procesos continuos, por ejemplo, algoritmos tipo PID y lógica difusa, entre otros. En la actualidad, el PLC tiene muchas características funcionales que permiten que un dispositivo de bajo precio sea capaz de controlar celdas de manufactura, y los de gran capacidad incluso pueden operar un sistema completo de automatización de una planta de manufactura o de proceso.

Por los motivos anteriores, la denominación de “PLC” ya no refleja cabalmente todas las funcionalidades que son capaces de proveer los equipos de última generación. ARC Advisory Group, uno de los organismos consultores en control de procesos y automatización, reconocido mundialmente por su objetividad, conocimiento del mercado y su evolución, publicó a finales del 2002 el boletín Insight # 2002-53M de noviembre 2002, en el que propone por primera vez la necesidad de renombrar al PLC de última generación como “Programable Automation Controller (PAC)” o “Controlador Automático Programable”. A nuestro entender, la denomina ción de “PAC” reemplaza a la de “Controlador Híbrido”, término poco preciso para reflejar las funciones extendidas de los PLCs de última generación. En el cuadro 1 se encuentran las principales características que perfilan a estos nuevos dispositivos.

Los fabricantes de maquinara y de equipo original (OEM) están en búsqueda continua de dispositivos de automatización y control más pequeños e inteligentes que satisfacen las necesidades de la nueva maquinaria de producción, as características del mercado globalizado ACTUAL, DEBEN  adaptarse a un ambiente flexible y modular. Los PACs satisfacen estos requerimientos porque son independientes de plataforma, adaptan la funcionalidad de la PCs y emplean  estándares de facto, tales como OPC y XML para proveer la interoperabilidad, que permite el intercambio de datos como parte de los sistemas de red basados  en proveedores múltiples.

Un PAC es lo suficientemente flexible y configurable para que los usuarios puedan adaptarlo y optimizarlo para satisfacer necesidades particulares de control y automatización en la maquinaria y en las plantas. Todas las partes del sistema se diseñan para maximizar la integración del hardware y el software. Debe existir una herramienta común de programación e ingeniería para el sistema completo.

Esto significa que el acceso debe ser transparente a todos los parámetros y funciones dentro del sistema total, combinando PLC, SoftPLC, l/O remotos, control de movimientos, accionadores, control PID, guías de usuario, funciones de visualización y manejo de datos, así como una integración plena a los niveles de administración empresarial mediante el uso de Ethernet, TCP /IP, Internet y estándares comunes a las tecnologías de información. Los PACs crearán nuevas oportunidades para el control y automatización, desplazando a algunas configuraciones tradicionales en aplicaciones existentes.

El uso de los mismos reforzará la tendencia hacia normas de comunicaciones e integración de software, y un menor enfoque hacia el hardware, ya que los usuarios se avocarán más al desempeño del sistema total. Los PACs resuelven la necesidad de una mejor vigilancia y control de los dispositivos del mundo real que se conectan al hardware; por tal motivo, los proveedores de PACs pensarán más en el desempeño del sistema y menos en los diferenciado res del mercado a nivel de componentes.

Los usuarios quieren mayor flexibilidad y portabilidad de sus aplicaciones, y mayor control en los datos que alimentan a las interfaces humano-máquina (HMls), por lo que necesitan redes de mayor ancho de banda tales como Ethernet. Hay una fuerte tendencia hacia dispositivos con paquetes de programación ya instalados, que simplifican las tareas del usuario al integrar las funcionalidades de la interfaz del operador con el lenguaje de programación.

Las capacidades de función múltiple de los PACs permiten el acceso e intercambio de información en el proceso de producción y conectan las operaciones del piso de la planta con el nivel empresarial, por ejemplo, con los sistemas de Planeación de Recursos Empresariales (ERP) y los de Administración del Desempeño Corporativo (CPM), con lo que se puede construir un de manufactura en colaboración.

Los PLCs tradicionales solamente se pueden controlar mediante lenguajes de programación propietarios mientras que los PACs se operan a través de estándares comunes a las tecnologías de información (IT) tales como OPC y XML. En la actualidad se ha incrementado la demanda de servicios de consultoría y de ingeniería de proyectos.

Los usuarios están enfocando su energía hacia competencias clave, y delegan las funciones de integración de automatización y control a los proveedores de los equipos. Gracias a las capacidades de múltiples funciones de los ACs, la mayoría de los proveedores de estos modernos equipos ofrecen servicios de vigilancia y mantenimiento a través de Internet, por lo que el diagnóstico y la solución de problemas se pueden realizar directamente desde el piso de la planta.

La principal diferencia entre un PLC y el PAC son los fundamentos sobre los que se construyen. Mientras que las capacidades de los PLCs están ligadas a un hardware específico y no pueden ser fácilmente transportadas de un PLC a otro, la funcionalidad del PAC se basa en su máquina de control portátil, de tal manera que cada aplicación se comunica con esta máquina, que se aloja en la parte superior del sistema operativo que el usuario haya escogido, por lo que se necesitan pocos cambios para mover las aplicaciones de un sistema a otro.

Debido a que la máquina está separada del hardware y utiliza un sistema operativo común, la plataforma puede crecer y cambiar tan rápidamente como lo requieran las necesidades del usuario. De esta manera, con el PAC se pueden desarrollar en una misma plataforma aplicaciones para control discreto, control de procesos y control de movimientos de una manera ágil y confiable. Además, contrariamente a los PLCs, los PACs se construyen empleando tecnología comercial comúnmente disponible en el mercado.

Esto último es importante porque se asegura la confiabilidad y disponibilidad de! sistema, dado que se le puede dar mantenimiento al hardware y al software con mucha facilidad y rapidez. Además, se reduce e! costo de! sistema y los paros porque los componentes se consiguen comercialmente sin problemas, lo que facilita la apertura y la flexibilidad de! sistema. Ante este nuevo paradigma en los sistemas de control, National Instruments, una compañía especializada en proveer soluciones de control y automatización, entre otros productos de hardware y software, recomienda que al adquirir un controlador programable, se planteen algunas preguntas. En el Cuadro 2 se muestran algunas que seleccionamos arbitrariamente. Un ejemplo de PAC es la combinación del Compact FieldPoint y el software de Lab View de National Instruments.

Estos productos proveen una plataforma de control industrial inmersa, diseñada con la flexibilidad de una PC y la confiabilidad de un PLC. Esta combinación provee procesadores de punto flotante para realizar cálculos cortados a la medida del cliente, un servidor web interactivo para un fácil control y monitoreo, memoria flash removible para almacenamiento de datos, y múltiples puertos seriales para comunicarse con dispositivos de terceros.

Estas características y funciones serían imposibles de implementar en un PLC tradicional. Esta plataforma también incluye módulos l/O de alta precisión con resolución de 16 bits y acondicionamiento de señal interconstruido. El Compact FieldPoint es de construcción robusta, compatible con CE para ambientes con alta interferencia electromagnética y ruidosos; opera desde -25 hasta 60 Grados Centígrados, 50 g para sacudidas y 5 g para ambientes móviles y con vibraciones. Otro ejemplo que podemos tomar del mercado es la plataforma Logix Controller de Rockwell Automation. Ellos ofrecen el Allen-Bradley· ControlLogix para aplicaciones grandes y complejas, y el CompactLogix para aplicaciones de pequeña escala. En el futuro, contemplan suministrar una mayor variedad de tamaños para adaptarse al amplio rango de aplicaciones de la planta, incluyendo nuevos puertos de comunicación l/O para ofrecer mayor escalabilidad. GE Fanuc también tiene su familia PAC Systems que soporta l/O distribuidas a través de comunicaciones estándar tales como Ethernet, Profibus, DeviceNet and Genius· networks. Utiliza e! software para desarrollo CIMPLICITY Machine Edition que provee un ambiente de desarrollo de ingeniería universal para programar, configurar y diagnosticar el sistema.

La familia descansa en los controladores RX7i y el RX3i. El primero es compatible con los módulos estándar VME, incluyendo la Series 90′”-70 l/O y los módulos VMIC, mientras que el segundo provee un bus PCI de alta velocidad de transferencia de datos y funcionalidades extendidas para los módulos de la Serie 90-30. Schneider Electric, a través de la línea de controladores Quantum, también ofrece con suficiente holgura la capacidad de un PAC. Por ejemplo, son escalables, tienen arquitectura modular que se configura para adaptarse a aplicaciones que requieran alto desempeño, desde un montaje sencillo en bastidor, hasta una arquitectura que involucre a toda la planta.

Las capacidades de l/O de Quantum son impresionantes porque maneja casi 64,000 puntos l/O discretos y ofrece hasta 72 diferentes módulos para escoger. Además, se puede interconectar con virtualmente cualquier tipo de dispositivo de control, inclusive en tiempo real, ya que ofrece una amplia selección de opciones de red, tales como Modbus y Modbus Plus, así como otros 11 protocolos de comunicación de uso común. Se puede utilizar en cualquier aplicación crítica de control, típicas al control de procesos.

Los controladores Quantum son compatibles con Internet y son un componente crítico del concepto de Fábrica Transparente de Schneider, ya que proveen comunicaciones estables entre la automatización, la manufactura y los sistemas de negocios. Con la familia S7-400 de Siemens se tienen las funcionalidades de PAC que permiten ofrecer soluciones en la manufactura discreta y la ingeniería de procesos.

Una característica importante  de la línea es su modularidad. Tiene capacidades de comunicación muy poderosas que le permiten realizar operaciones de alto desempeño. Por ejemplo, la subdivisión en una sola línea de comunicación para tareas de HMI y programación, otra para control de movimientos, y otra más para aplicaciones de buses de campo.

Además, provee conectividad con sistemas MES/ERP o a través de Internet. Por supuesto que hay otros proveedores de PLCs que poco a poco entrarán al mercado de PACs a medida que continúe la demanda por dispositivos de mayores capacidades a precio razonable. Podemos vislumbrar un futuro promisorio para esta nueva categoría de productos que facilitan el retorno de inversión de la automatización y control en la planta.

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