Sistemas de Control: Lazos Abiertos y Cerrados

Los Controladores Lógicos Programables (PLC) operan mediante lazos de control abiertos, que funcionan por tiempo, y cerrados, que utilizan retroalimentación para corregir errores en tiempo real.

La principal diferencia entre ambos sistemas radica en la presencia o ausencia de retroalimentación (o feedback), el mecanismo que mide la salida de un proceso para influir en su entrada.

1. Control de Lazo Abierto

En este sistema, la acción de control se ejecuta de manera «ciega», basándose únicamente en la señal de entrada o en un modelo preestablecido (como un temporizador o calibración previa), sin considerar el resultado real en la señal de salida.

2. Control de Lazo Cerrado

Es un sistema de automatización donde la acción de control depende directamente de la señal de salida. Funciona mediante un ciclo de comparación constante: un sensor mide la variable real, un comparador calcula la diferencia respecto al valor deseado (setpoint) obteniendo una señal de error, y el controlador determina la acción correctiva para reducir ese error a cero.

Estrategias Avanzadas de Control y Procesos Industriales

Los siguientes bloques temáticos abarcan las estrategias avanzadas de control, la clasificación de los procesos industriales y la transición hacia los PLC.

1. Estrategias Avanzadas de Lazo de Control

Además de los lazos simples, la industria aplica arquitecturas complejas para gestionar perturbaciones severas:

• Control en Cascada: Utiliza dos controladores anidados. Un controlador maestro supervisa la variable principal (respuesta lenta), mientras que un esclavo ajusta una variable intermedia rápida, corrigiendo perturbaciones locales.
• Control Prealimentado (Feed-forward): Estrategia proactiva que mide perturbaciones externas antes de que ingresen al sistema, aplicando una acción correctiva inmediata.
• Control Adaptativo: Ajusta automáticamente los parámetros del controlador en tiempo real para compensar cambios dinámicos o desgaste de componentes.
• Control Predictivo basado en Modelos (MPC): Utiliza un modelo matemático dinámico para simular el comportamiento futuro y resolver algoritmos de optimización en tiempo real.

2. Tipos de Procesos Industriales

Los procesos de fabricación se clasifican según la continuidad del flujo:

• Procesos Continuos: Producción ininterrumpida (24/7) con alto nivel de automatización (ej. refinerías, siderurgia).
• Procesos Discretos: Orientados a la fabricación y ensamblaje de piezas individuales (ej. industria automotriz).
• Procesos por Lotes (Batch): Fabricación de cantidades específicas mediante una «receta». El proceso se detiene entre lotes para limpieza o ajuste (ej. industria farmacéutica, alimentos).

De la Automatización Cableada a la Programable

La evolución de los sistemas sustituyó la lógica rígida por lógica digital flexible:

• Automatismo Cableado: La lógica se logra uniendo físicamente componentes (relés, temporizadores). Cualquier cambio exige rehacer el cableado.
• Automatismo Programable (PLC): Sustituye el cableado por un programa almacenado en memoria, reduciendo espacio, fallas mecánicas y facilitando modificaciones mediante software.

Arquitectura del PLC y Lenguajes de Programación

Un PLC es una computadora industrial diseñada para entornos exigentes y procesos secuenciales en tiempo real.

Ciclo de Escaneo (Scan Time)

El procesador repite un ciclo continuo de 4 pasos:

1. Lectura de Entradas: Registra el estado de sensores y pulsadores.
2. Ejecución del Programa: Procesa la lógica línea por línea.
3. Actualización de Salidas: Envía órdenes a los actuadores.
4. Autodiagnóstico y Comunicación: Revisa errores y gestiona datos.

Lenguajes de Programación (Norma IEC 61131-3)

• Ladder (LD): Simula esquemas de relés eléctricos.
• Bloques Funcionales (FBD): Bloques lógicos interconectados.
• Funciones Secuenciales (SFC): Modela secuencias por etapas.
• Texto Estructurado (ST): Lenguaje algorítmico de alto nivel.
• Lista de Instrucciones (IL): Lenguaje de bajo nivel (en desuso).

Variables, Hardware y Señales

Componentes del Lazo de Control

• Set Point (SP): Valor objetivo.
• Variable Controlada (PV): Parámetro físico real.
• Variable Manipulada: Parámetro ajustado por el controlador.
• Señal de Error (e): Diferencia entre SP y PV.

Hardware del PLC

• Rack / Backplane: Chasis de interconexión.
• Fuente de Alimentación: Convierte tensión de red a voltajes internos.
• CPU: Unidad de control y procesamiento aritmético.
• Memorias: RAM (volátil), ROM (firmware), EEPROM/Flash (respaldo).

Señales de Entrada/Salida

• Digitales: 24 VCC (estándar) o 110/220 VCA.
• Analógicas: 4–20 mA (inmune a ruido) o 0–10 V (vulnerable a interferencias).

Buenas Prácticas y Seguridad

Para garantizar la integridad del sistema, se deben seguir reglas estrictas:

• Seguridad LOTO: Procedimientos de Cero Energía antes de intervenir.
• Separación de Cargas: No alimentar actuadores directamente desde la fuente del PLC.
• Protección Inductiva: Uso de diodos supresores o filtros RC en cargas inductivas.
• Cableado: Separación física entre cables de potencia y de señal para evitar ruido electromagnético.