Introducción

En pleno boom de la llamada Industria 4.0, es probable que el lector haya visto en alguna presentación alguna infografía similar a la siguiente:

La llamada Tercera Revolución Industrial, basada en el uso de ordenadores y la automatización le debe mucho al PLC, sobre el que tratará este artículo.

Un PLC (siglas de Programmable Logic Computer, Controlador Lógico Programable, aunque también puede ser conocido como Autómata Programable) es un ordenador diseñado para aplicaciones industriales, robusto y fiable, capaz de gestionar múltiples entradas y salidas en el duro ambiente industrial (ruido electromagnético, temperaturas extremas, suciedad, vibraciones, etc). La NEMA (National Electrical Manufacturer Association, Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos) define al PLC como:

“Dispositivo electrónico que utiliza memoria programable para guardar instrucciones sobre la implementación de determinadas funciones, como operaciones lógicas, secuencias de acciones, especificaciones temporales, contadores y cálculos para el control mediante módulos de entrada/salida analógicos y/o digitales sobre diferentes tipos de máquinas y de procesos”.

El campo de aplicación de los PLCs es muy amplio e incluye todo tipo de industrias y aplicaciones (ej. industria del automóvil, maquinaria, almacenes automatizados, industria siderúrgica, automatización de edificios, generación y distribución de energía eléctrica, industria papelera, de la madera y textil, industria farmacéutica y alimentaria, industria de alimentación y bebida, líneas de envasado, abastecimiento y depuración de aguas, industria química y petroquímica, etc)

Un PLC es un ejemplo de un sistema en “tiempo real” donde en función de las condiciones de entrada deben obtenerse unas salidas dentro de un tiempo limitado, adecuado al proceso que se quiera controlar.

Historia

Antes del PLC: La Automatización cableada

Hasta la aparición del PLC las distintas funciones necesarias para la automatización de procesos se realizaba mediante relés electromecánicos similares a los de la siguiente imagen.

Las distintas funciones requeridas para la automatización del proceso (funciones lógicas básicas, contadores, temporizadores, memorias, etc) se implementaban cableando entre sí múltiples relés de distintos tipos. Cuando la función lógica era de cierto tamaño o especialmente compleja, el resultado podía ser algo como lo que muestra la siguiente imagen.

Esto suponía un enorme engorro para las empresas: los relés tenían una vida útil limitada (los contactos se desgastan con cada actuación, lo que origina chisporroteos y malas actuaciones), resolver cualquier avería llevaba demasiado tiempo y cualquier modificación en el proceso que obligara a modificar la lógica implicaba que la producción debía detenerse mientras se recableaban los relés (desde luego no era cuestión de minutos). El lector también podrá hacerse una idea de las dificultades para depurar las lógicas cableadas.

La Automatización programable, la “aparición” del PLC

En la época en la que apareció el PLC, ya existían las computadoras digitales, dispositivos de propósito general que podían adaptarse a cualquier aplicación simplemente modificando su programación, así que su uso en la industria era lógico. Algunas compañías ya habían propuesto esquemas basados en computadoras digitales; uno de ellos se basaba en el PDP-8 de DEC (la primera minicomputadora comercialmente exitosa) pero las computadoras digitales tenían dos serios inconvenientes para su aplicación práctica en la industria:

• Para su programación y mantenimiento necesitaban de personal muy cualificado y especializado.
• Su electrónica era demasiado delicada como para trabajar de forma fiable en las duras condiciones ambientales de una instalación industrial.

¿Cómo surgió la idea?

BEDFORD ASSOCIATES era una empresa de Nueva Inglaterra fundada en 1964 por Dick Morley y George Schwenk y que se dedicaba a la ingeniería de sistemas de control. La compañía tenía bastantea experiencia desarrollando controles para máquinas herramientas utilizando miniordenadores, pero Morley no estaba contento con los seis meses que se necesitaban habitualmente para programar y depurar los programas antes de la puesta en producción de estos sistemas. En 1967 ya empezó a imaginar/diseñar algunas formas de construir una unidad de control similar a un ordenador pero mucho más amigable y que pudiera ser programada y reprogramada con facilidad.

Según el propio Morley, esas ideas se concretaron el 1 de enero de 1968, mientras se pasaban los efectos de la celebración de Nochevieja. Entre marzo y abril de ese año ya tenían un prototipo funcional al que apodaron Stupid con el que hicieron algunas demostraciones a varios clientes potenciales. Gracias a estos contactos y al feedback recibido de los fabricantes de máquinas se optó por utilizar el lenguaje ladder para programar este controlador, lo que supuso una gran ventaja para su posterior adopción en la industria, ya que al ser un lenguaje gráfico, muy similar a los diagramas de contactos que se utilizaban en planta para representar las lógicas cableadas, era relativamente fácil de comprender por los técnicos.

El Controlador Estándar de Maquinaria

En el Forum Anual Westinghouse de Máquinas Herramientas de 1968, Bill Stone de la empresa GM Hydramatic (una filial de GENERAL MOTORS encargada de la producción de las transmisiones automáticas)  hizo público el concepto de “Controlador Estándar de Maquinaria” que esperaban que reemplazara a la automatización basada en relés que utilizaba en sus fábricas. Para definir los requisitos que debería cumplir este controlador estándar empleó un paper del ingeniero Edward R. Clark.

Lee Rousseau, responsable de ventas de BEDFORD ASSOCIATES estaba presente y se dio cuenta de que su Stupid se ajustaba bastante bien a la lista de especificaciones que daba GM Hydramatic. “Ya tenemos uno de esos”, debió pensar Rousseau.

En junio de 1968 GM Hydramatic redactó la versión final del documento que recogía las características que se deseaban para el “Controlador Estándar de Maquinaria”:

• Estaría basado en componentes de estado sólido.
• Debía ser de construcción modular.
• Sería tan flexible como un ordenador, pero con un precio competitivo frente a sistemas basados en lógica de relés.
• Debía ser resistente al ambiente industrial en el que iba a trabajar (interferencias electromagnéticas, alimentación eléctrica fluctuante, vibraciones, temperatura, suciedad, etc).
• Capaz de manejar entradas y salidas digitales. 32 entradas ampliables hasta 256 y 16 salidas ampliables hasta 128.
• Integraría un aislamiento que le permitiera aceptar señales digitales de 120 VAC y alimentar al menos 16 salidas digitales de 120 VAC y 4A.
• La información almacenada y/o el programa debería mantenerse inalterable en caso de un fallo de la alimentación eléctrica de al menos 12 horas.
• Dispondría de 8 temporizadores simultáneos, ajustables dentro del rango de 0,1 a 10 seg.
• Fácilmente programable y reprogramable. Debería disponer de al menos 1K de memoria, ampliable a 4K.
• Tiempo de respuesta adecuado para las necesidades del proceso.
• Modular, siendo fácil el intercambio de componentes y su ampliación, conforme el proceso lo vaya requiriendo.
• Fácil de aprender a utilizar.
• Permitir la monitorización de su funcionamiento.

Fueron varias las empresas que enviaron sus propuestas a GM Hydramatic: 

COMPAÑÍA	PRODUCTO
ALLEN-BRADLEY	3-I’s PDQ-II
DEC	PDP-14 y PDP-14L
GE	GE PC-45 (O84)
BEDFORD ASSOCIATES	MODICON 084
SQUARE D	PDP-14 y PDP-14L
STRUTHERS-DUNN	VIP-512
VICKERS	PC-1000

De estas, sólo tres (DEC, 3-I y BEDFORD ASSOCIATES) presentaron un prototipo para evaluación. 

Las tres unidades de prueba cumplían con las especificaciones de GM Hydramatic, aunque finalmente la propuesta ganadora fue el MODICON 084 de BEDFORD ASSOCIATES. Era la opción preferida por los ingenieros y los técnicos de la planta porque a diferencia del PDQ-II y del PDP-14 que se programaban con un lenguaje booleano, el MODICON 084 usaba lenguaje ladder que era gráfico y fácil de entender y de aprender ya que se asemejaba a los esquemas eléctricos con los que los técnicos trabajaban habitualmente.

El MODICON 084 era un controlador electrónico y programable que reemplazaba los relés por tarjetas electrónicas, lo que permitía modificar las funciones lógicas existentes o añadir nuevas sin necesidad de recablear o cambiar todo el hardware. Su nombre respondía al acrónimo de MOdular DIgital CONtroller (Controlador Digital Modular), mientras que el 084 se debía a que este desarrollo era el proyecto número 84 de BEDFORD ASSOCIATES. 

El MODICON 084 fue el primer PLC del mundo que se fabricó comercialmente. BEDFORD ASSOCIATES recibió un pedido de GM por valor de 1 millón de dólares y así empezó una nueva compañía dedicada en exclusiva al desarrollo, fabricación, venta y dar servicio al nuevo controlador programable y que se llamó, como no, MODICON.

En 1977, MODICON se vendió a GOULD ELECTRONICS, posteriormente adquirida por la alemana AEG y más tarde por SCHNEIDER ELECTRIC, que todavía posee la marca hoy y de cuya mano se dio a conocer en España.

Los nombres de cada nuevo modelo de MODICON conservaron la terminación “84” hasta el MODICON 984, ya comercializado por AEG.

La paternidad del PLC

Ya hemos visto el papel de Richard “Dick” Morley en el nacimiento del PLC, por eso es considerado por muchos como “el padre del PLC”.

En el artículo de Laura Tremosa publicado en la revista infoPLC++ con motivo del fallecimiento de  Richard “Dick” Morley en 2017 , la autora rememora:

Conocí a Dick Morley hace unos diez años en unas jornadas técnicas y cuando exclamé “¡Oh! el inventor del PLC” me corrigió rápidamente, “quizás sea el padre pero en absoluto el inventor. Era necesario y por ello se inventó, otras personas habían detectado la misma necesidad. Lo inventamos entre todos”.

Laura Tremosa en la revista infoPLC++

Y efectivamente, en un caso de desarrollo paralelo e independiente, el austríaco Odo Josef Struger es “el  otro padre del PLC”. Struger participó en el desarrollo del PLC de ALLEN-BRADLEY entre 1958 y 1960, y es considerado el creador del acrónimo PLC (término registrado por ALLEN-BRADLEY). Podemos decir que Morley diseñó y construyó el primer PLC que se produjo comercialmente, pero lo bautizó Struger.

Durante los años en los que Struger trabajó en ALLEN-BRADLEY (empezó en 1958 como ingeniero investigador y se retiró en 1997 ostentando el cargo de vicepresidente de tecnología), la compañía se convirtió en el mayor fabricante de PLCs de los EEUU, aunque en la actualidad es propiedad de ROCKWELL AUTOMATION.

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Para saber más

A continuación un listado de las fuentes utilizadas para documentar este artículo y que amplían la información contenida en él.

Controlador lógico programable , artículo en Wikipedia dedicado al PLC.

Dick Morley, no inventor pero sí padre del PLC, pequeña biografía de Dick Morley publicada en la revista INFOPLC++ con motivo de su fallecimiento en octubre de 2017.

50 años del PLC: de la 3ª a la 4ª revolución industrial, otro artículo de la revista INFOPLC++ dedicado al PLC cuando cumplía medio siglo de existencia.

El 50 aniversario de la aparición del control programable: el MODICON 084, artículo de Manuel Járrega Domínguez en el nº 327 (noviembre 2019) de la revista MANTENIMIENTO.

En inglés:

Dick Morley, artículo en la Wikipedia en inglés.

Odo Josef Struger, artículo en la Wikipedia en inglés dedicado al inventor del término PLC.

The Dawn of the Programmable Logic Controller (PLC)  interesante artículo en la revista AUTOMATION.COM sobre el desarrollo del Modicon 084.

History of the PLC, otro artículo dedicado a la historia del PLC, esta vez en la revista AUTOMATIONDIRECT.COM

The father of the PLC explains its birth entrevista en video donde Morley explicaba cómo surgió la idea del PLC. Revista CONTROLDESIGN

Schneider Electric Modicon History, espacio dedicado a la historia de Modicon en el sitio web PLCDEV.

The Programmable Logic Controller: its prehistory, emergence and application , tesis doctoral de Mark John Walker dedicada al PLC. Casi 400 páginas repletas de información muy interesante.