lunes, 30 de abril de 2018

General Motors incorpora el Autómata Programable (1968)

En las enormes fábricas de Automóviles de los años 60, la creciente complejidad de las líneas de producción de automóviles estaba viendo limitada su evolución por los sistemas de control de las máquinas, las cuales estaban basadas en tecnología cableada por medio de relés.

Pontiac era una marca perteneciente al grupo GM, los modelos que producia tenían precios intermedios y con un claro enfoque deportivo. La marca existió desde 1926 hasta 2010.

Fue la empresa General Motors, en aquellos momentos la más grande del mundo en el sector del automóvil, la primera que intentó solucionar la problemática del control con lógica cableada, para ello sacó a concurso el desarrollo de un “controlador de máquina estándar” que cumpliera una serie de requisitos que permitirá sustituir a los relés, incorporando la lógica programada en sustitución de la cableada.
General Motors, el fabricante de automóviles más grande del mundo en 1960. Poseía marcas tan importantes como GMC, Cadillac, Chevrolet, Pontiac, Oldsmobile, y Buick entre otras.

Antes del controlador programable
Antes de la aparición de los PLC, la forma de controlar la maquinaria era mediante el uso de relés. Los relés funcionan al utilizar una bobina que, cuando se energiza, crea una fuerza magnética para tirar efectivamente de un interruptor a la posición ON u OFF. Cuando el relé está desenergizado, el interruptor se libera y devuelve el dispositivo a su posición estándar de ENCENDIDO o APAGADO. Entonces, por ejemplo, si quisiera controlar si el motor estaba encendido o apagado, podría conectar un relé entre la fuente de alimentación y el motor. Entonces podría controlar cuando el motor está recibiendo energía ya sea alimentando o no el relé. Sin energía, por supuesto, el motor no funcionaría, por lo tanto estamos controlando el motor. Este tipo de relevo se conoce como relé de potencia. Puede haber varios motores en una fábrica que necesitan ser controlados, entonces, ¿qué se hace? Se agregan muchos relés de potencia. Así que las fábricas comenzaron a acumular instalaciones eléctricas llenas de relés de potencia. Pero, ¿qué enciende y apaga las bobinas en los relés de potencia antes de que el relé de potencia encienda el motor, y qué pasa si quiero controlar eso? La solución estaba en más relevos. Estos relés se conocen como relés de control porque controlan los relés que controlan el interruptor que enciende y apaga el motor. Todo este sistema se conoce como lógica cableada y da lugar a que cada máquina tenga un sistema cableado que crece en complejidad en proporción a las funciones t grado de automatización de la máquina.
La tecnología cableada con relés electromagnéticos da lugar a sistemas muy complejos cuando el grado de automatización se incrementa.

El problema con los relés
Esta tecnología funcionaba y por supuesto se fabricaban coches pero también poseía una gran problemática.
  • La tecnología cableada no era muy adecuada para implementar sistemas de control complejos.
  • Los elementos que la forman eran electromecánicos ( en el caso de los relés), lo cual implica un número no ilimitado de maniobras (rompen) y la necesidad de implantar logísticas de mantenimiento preventivo.
  • Ofrecían una gran dificultad para la búsqueda de averías (un cable que no hace contacto sigue estando visualmente junto al tornillo). Para facilitar la localización de averías se instalaban contactores y relés que señalizarán los fallos.
  • A veces se debían realizar conexiones entre cientos o miles de relés, lo que implicaba un enorme esfuerzo de diseño y mantenimiento.
  • Cuando se cambiaba el proceso de producción cambiaba también el sistema de control.
  • Los tiempos de parada ante cualquier avería eran apreciables. Si saltaba una parada de emergencia, se tenía que reiniciar manualmente el sistema, dado que se perdía el estado de la producción.
Producción del Chevrolet Corvair en los años 60 del siglo XX

Aparición de los primeros PLC
En 1968 la empresa Hydramatic Division subsidiaria de General Motors Corporation trataron de solucionar los problemas derivados de la utilización de la lógica cableada basada en relés, sustituyéndolo por un “controlador de maquinaria estándar”. Para ello solicito a sus proveedores que desarrollasen un prototipo de controlador basado en lógica programada. Además de reemplazar el sistema de relés, los requisitos enumerados por GM para este controlador incluían:
  • Un sistema de estado sólido que era flexible como una computadora pero a un precio competitivo con un sistema lógico de relé similar.
  • De fácil mantenimiento y programado en línea con la manera lógica de hacer las cosas con lógica de escalera de relés ya aceptada (programación ladder).
  • Tenía que funcionar en un entorno industrial con toda su suciedad, humedad, electromagnetismo y vibración.
  • Tenía que ser de forma modular para permitir el fácil intercambio de componentes y la capacidad de expansión.

Entre las empresas que respondieron a la solicitud estaban Allen-Bradley (Odo Struger) y Bedford Associates (Dick Morley). Bedford Associates propuso un sistema de control que denominado Modicon (Modular Digital Controler) al fabricante de automóviles General Motors, siendo el Modicón 084 el primer PLC del mundo en ser producido comercialmente. Posteriormente Allen Bradley presentó el PMC (Programmable Matrix Controller).
Dick Morley es considerado el padre del PLC. Su primer modelo fue el Modicon 084.
El primer PLC fue el Modicon 084, que se presentó a GM para cumplir con sus criterios para su "controlador de máquina estándar". Modicon comenzó a vender el 084 a pesar de contar con prestaciones limitadas. Sin embargo, la empresa Modicon siguió aprendiendo y desarrollándose. Posteriormente Modicon daría vida al controlador que cambiaría la industria para siempre, el modelo Modicon 184 que estaba mucho más perfeccionado y satisfacía los requerimiento de la industria en aquellos momentos. 
El Modicon 184, fue el primer PLC que fue realmente exitoso y revolucionó la industria del automóvil.
Los "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 producción masiva de automóviles requiere factorias altamente automátizadas para elevar el rendimiento productivo.

Programación de los primeros PLC
La apariencia de programación del PLC requería que los electricistas de mantenimiento y los ingenieros de planta la entendieran y utilizaran fácilmente. A medida que los sistemas de control basados ​​en relés evolucionaron y se volvieron más complicados, el uso de diagramas de cableado de ubicación de componentes físicos también evolucionó hacia la lógica de escalera (lenguaje ladder). Los diversos contactos de relé, botones, selectores, interruptores de límite, bobinas de relé, bobinas de arranque del motor, válvulas de solenoide, etc., que se muestran en su orden lógico, formarían los peldaños de la escalera. Se solicitó que el PLC se programara en esta lógica en escalera, denominado lenguaje Ladder.
Secuencia de lenguaje ladder o diagrama de contactos.

Evolución de los PLC
Los primeros PLC tenían la capacidad de trabajar con señales de entrada y salida, lógica interna de la bobina de relé / contacto, temporizadores y contadores. Los temporizadores y contadores utilizaron registros internos de tamaño de palabra, por lo que no pasó mucho tiempo antes de que se dispusiera de matemática simple de cuatro funciones. El PLC continuó evolucionando con la adición de señales one-shots, entrada y salida analógicas, temporizadores y contadores mejorados, matemática de coma flotante, secuenciadores de batería y funciones matemáticas. Tener la funcionalidad incorporada PID (Proporcional-Integral-Derivada) era una gran ventaja para los PLC que se usaban en la industria de procesos. La capacidad de utilizar nombres de etiqueta significativos en lugar de etiquetas no descriptivas ha permitido al usuario final definir más claramente su aplicación, y la capacidad de importar / exportar los nombres de etiquetas a otros dispositivos elimina los errores que resultan al ingresar información en cada dispositivo mediante mano.

A mediados de los 70 las tecnologías dominantes de los PLC eran máquinas de estado secuenciales y CPU’s basadas en desplazamiento de bit Los microprocesadores convencionales incorporaron 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.

Las funciones de comunicación comenzaron a integrarse en los autómatas a partir del año 1973. El primer bus de comunicaciones fue el Modbus de Modicon. El PLC podía ahora establecer comunicación e intercambiar informaciones con otros PLC's.

La implantación de los sistemas de comunicación permitió aplicar herramientas de gestión de producción que se ejecutaban en miniordenadores enviando órdenes de producción a los autómatas de la planta. En las plantas se suele dedicar un autómata programable a ejecutar la función de gestión. Este autómata recibe las órdenes de producción y se encarga de comunicarlas a los autómatas programables dedicados a control. A su vez estos los autómatas de control envían el estado de la producción al autómata de gestión.

En los 80 se produjo un intento de estandarización de las comunicaciones con el protocolo MAP (Manufacturing Automation Protocol) de General Motors. También 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 la década de los noventa se ha producido una gradual reducción en el número de nuevos protocolos, y en la modernización de las capas físicas de los protocolos más populares que sobrevivieron a los 80.

Los principales fabricantes de Autómatas Programables son Modicon (Actualmente Schneider), Allen Bradley, GE, Omron, Siemens y Mitsubishi, en la tabla siguiente se muestran los hitos importantes desde 1968 hasta 2016;

Tener una PC que se comunique con un PLC proporcionó la capacidad no solo de programar, sino también de facilitar las pruebas y la resolución de problemas. Las comunicaciones comenzaron con el protocolo Modbus utilizando comunicaciones serie RS-232. La adición de varios protocolos de automatización que se comunican a través de RS-485, DeviceNet, Profibus y otras arquitecturas de comunicación en serie han seguido. El uso de comunicaciones seriales y los diversos protocolos de PLC también permitieron que los PLC se conecten en red con otros PLC, unidades de motor e interfaces de hombre a máquina (HMI). Más recientemente, EtherNet y protocolos como EtherNet / IP (para el protocolo industrial) han ganado una gran popularidad.


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