[Post] Sistema empotrado vs PLC: diferencias y usos

[Post] Sistema empotrado vs PLC: diferencias y usos

Feb 14, 2018. | By: José González

En este post vamos a definir que es un PLC y qué es un sistema empotrado, explicaremos las funciones y aplicaciones de cada uno de ellos y sus diferencias, de forma que el lector pueda hacerse una idea de la idoneidad de cada uno de los sistemas para la aplicación industrial objeto de su interés.

Definición

Un PLC (siglas en inglés de Controlador Lógico Programable) o autómata programable, es un sistema de computación de tiempo real crítico o “duro”1 cuya principal función es el control en automatización industrial. El PLC está diseñado de forma robusta para múltiples señales de entrada y de salida, rangos de temperatura amplicados, inmunidad al ruido eléctrico y resistencia a la vibración y al impacto. Un PLC está compuesto, de forma integrada o por módulos, por CPU, fuente de alimentación, batería, módulo de memoria, módulos de entrada, módulos de salida y módulo de comunicaciones.

Un sistema empotrado o embebido es un sistema de computación de tiempo real acrítico o “blando”2 diseñado a medida para resolver unas necesidades específicas. Un sistema empotrado está compuesto, de forma integrada por lo general, por varios de los siguientes componentes: CPU (microprocesador, microcontrolador, DSP, etc), fuente de alimentación, baterías, memoria , salidas y entradas analógicas y digitales, conversores dc/dc, filtros, reloj en tiempo real, etc. Sistemas complejos pueden funcionar con sistemas operativos.

Funciones

Las funciones de los PLCs modernos abarcan desde el control del relé secuencial, control de movimiento, control de procesos, sistemas de control distribuido y comunicación por red.

Las principales funciones de un sistema empotrado son la adquisición de datos, tratamiento y visualización, analítica, conectividad avanzada, monitorización de la condición remota, mantenimiento predictivo, etc

Aplicaciones

Usos del PLC:

  • Máquinas en plantas
  • Plantas y procesos industriales

Usos de sistemas empotrados:

  • Máquina-herramienta industrial
  • Productos de uso doméstico: router, móvil
  • Equipamiento médico
  • Equipamiento automovilístico

Diferencias

Configuración

Los PLC pueden ser modulares, reemplazando el módulo específico en caso de fallo. Los sistemas empotrados integran sus componentes en una misma placa, reemplazando la placa en caso de fallo.

Programación

El PLC se programa por técnicos mediante lenguaje Ladder (diagrama de escalera). La programación de sistemas empotrados se realiza con lenguajes de programación de alto nivel y es realizado por el propio fabricante del sistema empotrado.

Instalación

La instalación de los PLC en cuadros de control requiere programación y puesta en marcha. La instalación de los sistemas empotrados es plug and play en el dispositivo para el que se ha diseñado.

Funcionalidad

Los PLCs se usan para control en tiempo real crítico mientras que los sistemas empotrados se usan para sistemas en tiempo real acrítico: adquisición de datos, tratamiento y visualización, analítica, conectividad avanzada, monitorización de la condición remota, mantenimiento predictivo, etc.

Uso

El PLC tiene un uso genérico, es decir, un mismo PLC puede ser utilizado para controlar máquinas con funciones diferentes. Por el contrario, un sistema empotrado sólo tiene un uso específico, aquel para el que se diseñó originariamente.

Coste unitario del sistema

El PLC con un diseño genérico y modular que debe ser útil en una gran variedad de aplicaciones, suele ser un sistema costoso. En cambio, en el diseño del sistema empotrado se seleccionan únicamente aquellos componentes que son requeridos por la aplicación en la que se instalará, integrándose en una única placa y reduciendo de esta forma el coste del sistema.

En casos de reemplazo, incluso aunque existe la necesidad de reemplazar todo el sistema empotrado, su coste suele ser inferor a los módulos de los PLCs.

Soporte técnico

PLCs suelen tener el soporte técnico del fabricante. El soporte técnico deseado es algo a considerar y negociar cuando se elige el socio tecnológico para realizar el sistema empotrado, añadiendo mayor flexibilidad.

Restricciones físicas

El PLC, aunque compacto, no puede adaptarse a restricciones tamaño o peso, y tampoco es posible influir sobre su consumo. Estas restricciones físicas se tienen en consideración en el diseño de un sistema empotrado, influyendo en la elección de componentes y su arquitectura.

Personalización del hardware

Cuando se elije trabajar con PLCs no existe la posibilidad de personalizar el hardware más allá de la configuración de los módulos elegidos. En cambio, al diseñar un sistema empotrado se puede seleccionar mayor capacidad de procesamiento, de memoria, etc.

Interacción hombre-máquina

Los PLC frecuentemente se usan con pantallas HMI para facilitar la interacción, siendo poco intuitiva y personalizable. El sistema empotrado puede ejecutar su propio servidor o conectarse a un servidor en la nube, permitiendo al usuario (fabricante o cliente final) interactuar con la máquina desde cualquier dispositivo, en cualquier lugar y en cualquier momento.

Mejoras por software

Si bien los PLCs no pueden incorporar mejoras que se escapen de la programación realizada por los técnicos, los sistemas empotrados pueden recibir actualizaciones OTA (Over the air), nuevas versiones de la aplicación, nuevas funcionalidades, etc. Esto facilita al fabricante el despliegue progresivo de funcionalidades en base a la demanda de los clientes y la periodificación de las inversiones.

Identidad del producto final

Mientras que la elección de PLCs no influye ni para bien ni para mal en la identidad del producto final, los sistemas empotrados permiten a los fabricantes ofrecer aplicaciones móviles con su look and feel para el uso de la máquina, conectar la máquina a fuentes de datos externos, personalizar la experiencia de usuario, etc.

Tipo de máquina

Por lo general, los PLCs son adecuados para ĺíneas de producción y los sistemas empotrados para productos/máquinas para la venta.

Volumen de fabricación

Así mismo, el PLC es adecuado para aquella máquinaria fabricada en pocas unidades, siendo recomendable el sistema empotrado para productos y maquinas fabricadas en muchas unidades.

Categoría Concepto PLC Sistema empotrado a medida
Características Configuración Sistema Modular Sistema Integrado
Características Programación Por técnicos Por fabricante
Características Instalación Programación y puesta en marcha Plug-and-play
Características Funcionalidad Control en tiempo real crítico Tiempo real acrítico: adquisición de datos, tratamiento y visualización, analítica, conectividad avanzada, monitorización de la condición remota, mantenimiento predictivo, etc
Características Uso Genérico Específico para la máquina que se ha diseñado
Características Coste unitario del sistema Alto Bajo
Flexibilidad Soporte técnico Estándar Negociable
Flexibilidad Restricciones físicas (tamaño, peso, consumo) No adaptable Adaptable
Flexibilidad Personalización del hardware No disponibles Según necesidad: Capacidad de procesamiento, capacidad de memoria, etc
Flexibilidad Interacción hombre-máquina HMI Con cualquier dispostivo, en cualquier lugar, en cualquier momento
Flexibilidad Mejoras por software No disponibles Actualizaciones OTA, nuevas funcionalidades, etc
Flexibilidad Identidad del producto final Estándar Personalizable: Apps con look and feel, conectar la máquina a fuentes de datos externos, experiencia de usuario
Idoneidad Tipo de máquina Líneas de producción Productos / Máquinaria fabricados
Idoneidad Volumen de fabricación Pocas unidades Muchas unidades

En resumen, los fabricantes de máquinas deben tener en consideración múltiples factores a la hora de elegir entre diseñar su máquina para incorporar el uso de PLCs o contratar a su socio tecnológico el diseño de un sistema empotrado a medida para su máquina. Podrá encontrar una respuesta de forma rápida teniendo en cuenta el tipo de máquina que fabrica, así como con el volumen de fabricación si calcula el punto de equilibrio en base al coste unitario del sistema. Aparte de conocer las diferencias en cuanto a características, deberá valorar el valor añadido que le supone la flexibilidad en términos de personalización, interacción, identidad y actualizaciones futuras que le permite el sistema.


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Notas

  1. Sistemas de tiempo real crítico (tiempo real duro), en los que los plazos de respuesta deben respetarse siempre estrictamente y una sola respuesta tardía a un suceso externo puede tener consecuencias fatales. 

  2. Sistemas de tiempo real acrítico (tiempo real blando), en los que se pueden tolerar retrasos ocasionales en la respuesta a un suceso. 

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