PLC / API — Controlador lógico programable
Definición
Un PLC (Programmable Logic Controller) —denominado API en francés, por Automate Programmable Industriel— es un ordenador industrial de alta resistencia, diseñado para automatizar procesos de producción y control en tiempo real. A diferencia de un ordenador de sobremesa, el PLC está optimizado para funcionar de forma continua en entornos adversos: temperaturas extremas, vibraciones, humedad, polvo e interferencias electromagnéticas.
El PLC ejecuta un programa de control almacenado en la memoria e interactúa con el mundo físico a través de entradas (sensores, botones, caudalímetros, termopares) y salidas (actuadores, válvulas, motores, indicadores luminosos). Constituye el cerebro de las líneas de producción, las instalaciones de tratamiento de aguas, las subestaciones eléctricas y una gran variedad de otros equipos industriales.
Acrónimos
| Acrónimo | Idioma | Significado |
|---|---|---|
| PLC | Inglés | Controlador lógico programable |
| API | Francés | Autómata programable industrial |
| PAC | Francés | Controlador de automatización programable (uso habitual para las variantes modernas) |
Funcionamiento — El ciclo de escaneo
El funcionamiento de un PLC se basa en un ciclo de exploración (o ciclo del autómata) que se repite indefinidamente mientras el autómata está en funcionamiento:
- Lectura de las entradas: el PLC muestrea el estado de todas sus entradas físicas (digitales y analógicas) y las copia en una zona de memoria interna denominada tabla de imagen de entradas.
- Ejecución del programa: el procesador ejecuta el programa de usuario (ladder, FBD, ST, IL o SFC según la norma IEC 61131-3) utilizando la tabla de imagen de entradas.
- Actualización de las salidas: los resultados del programa se escriben en la tabla de imagen de salidas y, a continuación, se transfieren a las salidas físicas para accionar los equipos.
- Tareas del sistema: comunicaciones, diagnósticos internos y actualización de la marca de tiempo.
La duración de un ciclo de escaneo suele oscilar entre 1 ms y 100 ms, dependiendo de la complejidad del programa y del modelo de autómata. Las aplicaciones de seguridad (SIL) requieren tiempos de ciclo inferiores a 10 ms con mecanismos de vigilancia.
Principales fabricantes y gamas
El mercado de los controladores lógicos programables está dominado por varios grandes fabricantes industriales:
Siemens
- S7-1200: gama compacta para aplicaciones pequeñas y medianas, compatible con TIA Portal, comunicación Ethernet nativa, compatible con Modbus TCP, Profinet y OPC-UA.
- S7-1500: gama de alto rendimiento con seguridad integrada (F-CPU), tiempos de ciclo ultrarrápidos, seguimiento y diagnóstico avanzados.
- S7-300 / S7-400: gamas históricas que siguen muy presentes en las instalaciones existentes.
Schneider Electric
- Modicon M340: controlador de gama media, rack modular, comunicación nativa por Ethernet y Modbus TCP.
- Modicon M580: controlador basado en Ethernet con redundancia de CPU y comunicación OPC-UA, pieza clave de muchas instalaciones nuevas.
- Modicon Quantum: gama de alta disponibilidad para las industrias de procesos (petroquímica, energía).
Rockwell Automation (Allen-Bradley)
- MicroLogix: gama compacta de nivel básico.
- CompactLogix: gama modular y versátil, con protocolo Ethernet/IP nativo, ampliamente implantada en las industrias manufactureras norteamericanas.
- ControlLogix: gama de alto rendimiento con chasis redundante.
Mitsubishi Electric
- Gama MELSEC iQ-R y MELSEC-F (FX): muy extendidas en Asia y en los sectores de la automoción y farmacéutico.
Beckhoff
- Gama CX / BX: PLC basado en PC (automatización basada en PC), compatible de forma nativa con EtherCAT, OPC-UA y TwinCAT. Especialmente indicado para aplicaciones de control de movimiento.
Protocolos de comunicación compatibles
Los autómatas modernos admiten uno o varios de los siguientes protocolos, dependiendo del fabricante y de la gama:
| Protocolo | Capa física | Uso principal |
|---|---|---|
| Modbus RTU | RS-232 / RS-485 | Comunicación en serie con sensores, variadores y contadores |
| Modbus TCP | Ethernet | Comunicación en red con SCADA, pasarelas y HMI |
| OPC-UA | Ethernet | Intercambio estandarizado de datos con sistemas heterogéneos y la nube |
| Profinet | Ethernet | Comunicación determinista de Siemens entre PLC y dispositivos descentralizados |
| Ethernet/IP | Ethernet | Estándar de Rockwell/ODVA para la comunicación industrial |
| S7Comm / S7Comm+ | Ethernet | Protocolo propio de Siemens (requiere una biblioteca u OPC-UA para el acceso de terceros) |
| EtherCAT | Ethernet | Comunicación ultrarrápida para el control de movimiento (Beckhoff) |
Conexión a la nube a través de Eziwan
Los PLC no suelen disponer de conectividad nativa a la nube. La conexión se realiza a través de una pasarela industrial, como la Gateway Eziwan, que actúa como puente entre la red OT (autómata) y la nube.
Los tres métodos principales son:
- Modbus RTU a través de RS-485: cableado A+/B- entre la pasarela y el puerto serie del PLC. Ideal para controladores lógicos antiguos o equipos sin Ethernet.
- Modbus TCP a través de Ethernet: conexión de red directa al puerto Ethernet del PLC. Puerto estándar 502. Requiere que el PLC y la pasarela estén en la misma subred.
- OPC-UA: conexión al servidor OPC-UA integrado en los PLC modernos (Siemens S7-1500, Schneider M580, Beckhoff). Ofrece el mejor nivel de interoperabilidad y seguridad (autenticación, certificados).
Una vez establecida la conexión, la Gateway Eziwan envía los datos a la nube en tiempo real y abre un túnel VPN cifrado para garantizar un acceso remoto seguro.
Diferencias entre PLC y RTU
Aunque a veces ambos términos se utilizan indistintamente, existen diferencias importantes:
- Un PLC está diseñado para el control y mando local de una máquina o una línea de producción, con ciclos de exploración rápidos y una lógica de secuenciación compleja.
- Una RTU (Remote Terminal Unit) está optimizada para la gestión remota de instalaciones distantes, con un consumo reducido, comunicación a larga distancia (4G, radio) y protocolos de supervisión como DNP3 o IEC 60870.
Para obtener más información, consulta la definición completa de RTU.
Lenguajes de programación IEC 61131-3
La norma IEC 61131-3 estandariza cinco lenguajes de programación para los PLC, compatibles con todos los controladores lógicos programables modernos (Siemens TIA Portal, Schneider Unity Pro, Rockwell Studio 5000, Codesys).
| Lenguaje | Abrev. | Tipo | Adecuado para | Ejemplo de uso |
|---|---|---|---|---|
| Diagrama de escalera | LD | Gráfico | Lógica ON/OFF de contactos/bobinas, electricistas | Secuencias de seguridad, enclavamientos |
| Diagrama de bloques funcionales | FBD | Gráfico | Regulación, bloques funcionales | PID, contadores, temporizadores |
| Texto estructurado | ST | Texto | Cálculos complejos, algoritmos | Procesamiento de recetas, comunicaciones |
| Lista de instrucciones | IL | Texto | Nivel bajo (en desuso según la norma IEC 61131-3, ed. 3) | Herencia, equipos antiguos |
| Diagrama secuencial de funciones | SFC | Gráfico | Secuencias de proceso por etapas | Líneas de montaje, máquinas herramienta |
Un proyecto de PLC suele combinar varios lenguajes: SFC para la secuencia de pasos, FBD para la regulación de procesos continuos y ST para los cálculos o la comunicación con equipos externos.
PLC de seguridad — Autómatas de seguridad (SIL)
Un PLC de seguridad es un controlador lógico programable certificado para funciones de seguridad instrumentadas (SIS), según la norma IEC 61508 y su aplicación industrial IEC 61511. El nivel de seguridad se expresa en SIL (Safety Integrity Level), desde SIL 1 hasta SIL 4.
| SIL | Probabilidad de fallo (PFD) | Ejemplos de aplicación |
|---|---|---|
| SIL 1 | 10⁻² a 10⁻¹ | Parada simple del proceso, detección de presencia |
| SIL 2 | 10⁻³ a 10⁻² | Parada de emergencia (ESD), protección del quemador |
| SIL 3 | 10⁻⁴ a 10⁻³ | Protección del reactor químico, tubería |
Los PLC de seguridad utilizan arquitecturas redundantes (1oo2, 2oo3) con diagnóstico en línea. Principales fabricantes: Siemens S7-1500F (TÜV SIL 3), Schneider Modicon M580 Safety, Rockwell GuardLogix, Pilz PSS4000.
Un PLC de seguridad suele funcionar en paralelo con un PLC estándar: el PLC estándar gestiona el proceso normal, mientras que el PLC de seguridad supervisa las condiciones de seguridad y activa el ESD si se supera un límite. Ambos pueden conectarse a la misma pasarela Eziwan, con derechos distintos (solo lectura en el PLC de seguridad, lectura/escritura en el estándar).
Soft-PLC — Controlador lógico programable (PLC) en un ordenador industrial
Un Soft-PLC (o automatización basada en PC) implementa las funciones de un PLC en un ordenador industrial estándar, sin hardware específico. Ventaja: potencia de cálculo del ordenador, flexibilidad de Linux/Windows y conectividad de red nativa.
El entorno de ejecución Codesys (3S-Smart Software Solutions) es el estándar europeo de los Soft-PLC. Numerosos fabricantes de equipos originales (OEM) lo incorporan bajo su propia marca: Beckhoff TwinCAT, Wago, Bosch Rexroth ctrlX y Phoenix Contact PLCnext.
La Gateway Eziwan puede leer los datos de un Codesys Runtime a través de OPC-UA (servidor OPC-UA nativo de Codesys) o mediante el protocolo Codesys Gateway Protocol; consulta la guía de integración SCADA a través de 4G.
Recursos relacionados
- Conectar un controlador lógico programable a la plataforma Eziwan
- Guía de RS-485 y Modbus
- Acceso remoto a un controlador lógico programable (PLC)
Preguntas frecuentes
¿En qué se diferencian un PLC y una RTU?
El PLC destaca en el control local en tiempo real (lógica, seguridad de la máquina); la RTU está optimizada para la gestión remota de instalaciones distantes (protocolos de larga distancia, autonomía, registro de datos históricos). Las gamas modernas convergen, y un PLC con capacidad de comunicación suele asumir ambas funciones.
¿Cuáles son las principales marcas de controladores lógicos programables?
Siemens (S7), Schneider Electric (Modicon M221/M340/M580), Rockwell Allen-Bradley (CompactLogix, ControlLogix), Beckhoff (TwinCAT), WAGO, ABB, Omron y Mitsubishi abarcan la mayor parte del parque instalado europeo.
¿Cómo se conecta un PLC a la nube?
A través de una pasarela industrial que lee las variables en Modbus TCP, S7 u OPC-UA en el lado de la máquina y, a continuación, las publica en MQTT hacia la plataforma en la nube a través de un túnel VPN 4G o Ethernet, sin modificar el programa del controlador lógico.
¿Se puede acceder a un PLC de forma remota con total seguridad?
Sí, mediante un acceso remoto industrial: túnel de salida cifrado, autenticación MFA, acceso limitado al equipo de destino y sesión registrada. Las consolas del fabricante (TIA Portal, EcoStruxure) funcionan entonces como si fueran locales.
Recursos relacionados
- Acceso remoto a controladores lógicos industriales — la solución de acceso seguro
- Conectar un controlador lógico industrial a la nube — todas las marcas
- PLC frente a RTU — la comparación detallada
- Guía: conectar un controlador lógico programable — paso a paso con Modbus / OPC-UA
- PLC frente a RTU para la supervisión remota — el artículo de fondo