Impulsado por la ola de la Industria 4.0 y la fabricación inteligente, el campo del control industrial está experimentando un cambio profundo.
Como núcleo de los sistemas de control de automatización industrial, los controladores lógicos programables (PLC) han evolucionado desde un simple dispositivo de reemplazo de relés hasta una infraestructura clave que respalda la fabricación inteligente moderna después de más de medio siglo de desarrollo.
El PLC siempre ha ocupado una posición dominante absoluta en la automatización de fábricas (FA) y el control de procesos (PA) debido a su alta confiabilidad, su fuerte capacidad antiinterferencias y sus características de programación flexible.
La evolución tecnológica de los PLC se puede dividir en múltiples etapas históricas. En las etapas de puesta en marcha y reemplazo, nació de las necesidades de la industria automotriz estadounidense de reemplazar complejos sistemas de control de relés cableados.
Los primeros PLC tenían una única función y solo tenían operaciones lógicas básicas, funciones de temporización y conteo.
El lenguaje de programación fue principalmente diagrama de escalera (LAD), que era intuitivo y fácil de usar, lo que también sentó las bases para su fácil aceptación por parte de los ingenieros eléctricos. Luego entró en la etapa de mejora de funciones e integración de comunicaciones.
La introducción de la tecnología de microprocesadores mejoró enormemente la potencia informática del PLC, agregando funciones como procesamiento analógico, cálculo de datos y control PID.
La popularización de la tecnología de bus de campo marca la transición del PLC del control autónomo al control de red distribuido, convirtiéndose en el nodo central del sistema.
Luego viene la etapa de apertura, estandarización y alto rendimiento. La adopción generalizada del estándar internacional IEC 61131-3 unifica múltiples lenguajes de programación, incluido el texto estructurado (ST) y el diagrama de bloques de funciones (FBD), mejorando la portabilidad y reutilización del software.
Al mismo tiempo, surgió la tecnología PLC suave, se integraron funciones de control de movimiento y control de seguridad, y el rendimiento de los PLC de alta gama se acercó al de las PC industriales (IPC).
En la etapa de integración e inteligencia, la tecnología Ethernet se ha convertido en la red industrial principal y la integración de TI/OT se está acelerando.
PLC comenzó a integrar OPC UA (Arquitectura Unificada de Comunicación de Plataforma Abierta) para lograr interoperabilidad de datos entre niveles y servir como un nodo informático de vanguardia para llevar a cabo nuevas tareas como el preprocesamiento de datos y algoritmos de IA livianos (como el mantenimiento predictivo).
La arquitectura central y la ecología del mercado de los PLC modernos también tienen sus propias características únicas. En términos de arquitectura de hardware, las líneas de productos PLC modernas suelen distribuirse en forma de pirámide. La capa inferior es un PLC micro y pequeño, que es adecuado para el control de equipos independientes;
la capa intermedia es un PLC de tamaño mediano, adecuado para líneas de producción o sistemas locales;
la capa superior es un PLC/PAC (controlador de automatización programable) grande y de alto rendimiento, que tiene potentes capacidades de procesamiento e interfaces de comunicación ricas, y es adecuado para el control de procesos complejos y la programación de toda la planta. La plataforma de software está integrada y puede proporcionar un entorno de desarrollo integrado (IDE) desde programación, simulación, depuración hasta diagnóstico y gestión de datos.
Las plataformas de software están evolucionando desde puras herramientas de ingeniería hasta ecosistemas que abarcan gemelos digitales y servicios conectados a la nube.
La estructura del mercado presenta las características de la competencia oligopólica y la coexistencia de la cola larga.
Los principales fabricantes confían en su profunda acumulación tecnológica, su completa matriz de productos y su enorme ecosistema existente para construir barreras.
El foco de la competencia se ha extendido desde el rendimiento y la confiabilidad del hardware hasta la facilidad de uso, la apertura, las capacidades de análisis de datos y los servicios de ciclo de vida completo del software.
En el contexto de una profunda integración IT/OT, la tecnología PLC está mostrando múltiples tendencias.
En términos de protocolos de comunicación, se espera que la combinación de Time Sensitive Network (TSN) y OPC UA sobre TSN unifique la capa inferior de la comunicación industrial, logre una transmisión determinista de datos en tiempo real y una interoperabilidad semántica, y rompa las barreras de «chimenea» de los buses de campo tradicionales.
En términos de arquitectura informática, la penetración de la tecnología de virtualización en el campo del control industrial ha dado lugar a soluciones basadas en PLC virtuales o funciones de control en contenedores, mejorando la utilización de recursos y la flexibilidad del sistema.
El paradigma de seguridad también se está actualizando. A medida que se profundiza el grado de interconexión, la seguridad de la red se ha convertido en un atributo esencial de los productos PLC, pasando del aislamiento físico a una defensa en profundidad, cubriendo múltiples niveles como inicio seguro, comunicación segura, control de acceso y actualizaciones de seguridad.
Además, la integración de la inteligencia artificial también se está acelerando. En el lado del borde, PLC está integrando chips o módulos de aceleración de IA dedicados para admitir aplicaciones inteligentes como inspección visual en tiempo real, análisis de audio y optimización de parámetros de proceso, logrando el salto del «control lógico» a la «percepción y toma de decisiones inteligentes».
Sin embargo, el desarrollo de PLC también enfrenta algunos desafíos. Los desafíos principales incluyen el equilibrio entre la herencia tecnológica y la innovación.
El enorme sistema de stock y las habilidades existentes de los ingenieros hacen que las innovaciones tecnológicas revolucionarias se enfrenten a una enorme inercia; la contradicción entre apertura y bloqueo ecológico. Si bien los fabricantes promueven estándares abiertos, todavía intentan construir sus propios fosos a través de software y servicios; las eternas exigencias de seguridad y tiempo real, al tiempo que se introduce la tecnología informática, se debe garantizar incondicionalmente la seguridad funcional y la certeza operativa de los sistemas de control industrial.
De cara al futuro, PLC marcará el comienzo de nuevos desarrollos.
Su función se redefinirá, evolucionando de «controlador» a «nodo de borde inteligente» y convirtiéndose en la intersección del flujo de control, el flujo de datos y el flujo de inteligencia.
El modelo de desarrollo también cambiará. El diseño basado en modelos y la programación con código bajo/sin código pueden reducir el umbral de desarrollo de una lógica de control compleja y atraer a más desarrolladores de TI para ingresar al campo de OT.
Al mismo tiempo, los modelos de negocios basados en suscripciones y servicios se volverán más comunes, el valor del software seguirá aumentando, el hardware puede estandarizarse y los modelos de negocios con licencias de software y servicios de análisis de datos como núcleos se generalizarán.
