La justificación del alto coste de los PLCs industriales, a prueba en un experimento DIY

Los controladores lógicos programables (PLC, por sus siglas en inglés) son componentes esenciales en la automatización industrial, actuando como el cerebro que monitoriza sensores y activa equipos. Sin embargo, su precio, que puede superar los 1.000 dólares para una unidad nueva de marcas como Allen Bradley, a menudo genera la percepción de un coste desproporcionado, especialmente cuando se compara con placas de desarrollo de microcontroladores de menos de 10 dólares que, superficialmente, parecen ofrecer funcionalidades similares.

Para desentrañar esta discrepancia, el ingeniero Clem Mayer emprendió un proyecto de diseño de un PLC casero. Su objetivo era poner a prueba la hipótesis de si el elevado precio se justifica realmente por las características de robustez, compatibilidad, facilidad de mantenimiento y soporte, o si, en cambio, se trata de un simple sobreprecio.

Componentes y diseño para la robustez

Mayer inició su proyecto con un BeagleBoard PocketBeagle 2, un ordenador de placa única (SBC) asequible que integra un SoC Texas Instruments AM6254. Este chip es notable por incluir dos Unidades de Tiempo Real Programables (PRU), que funcionan de manera independiente al procesador principal y son capaces de mantener una sincronización precisa, una característica vital en el control industrial.

El siguiente paso crucial fue el diseño de una placa portadora personalizada para el PocketBeagle 2. Mayer se centró en incorporar todas las medidas posibles para asegurar la máxima robustez y fiabilidad, atributos distintivos de cualquier PLC industrial. Entre estas medidas se incluyó la adición de cuatro relés para el control de dispositivos externos. Sin embargo, la conexión directa de relés a componentes sensibles como un microprocesador es un riesgo, ya que las altas tensiones pueden retroalimentarse.

Para solventar este problema, Mayer integró optoacopladores. Estos componentes proporcionan aislamiento físico entre los relés y los circuitos delicados, transmitiendo las señales de control mediante luz y evitando así que corrientes o voltajes peligrosos puedan alcanzar el procesador. Además, la placa incorporó protecciones esenciales como la protección contra descargas electrostáticas (ESD) y la protección contra sobrecorriente, requisitos indispensables para cualquier PLC que opere en un entorno real. La implementación de estas salvaguardas, diseñadas para permitir un fallo controlado y sin daños mayores, requiere un diseño meticuloso por parte de un ingeniero experto y el coste de los componentes adicionales.

Pruebas y conclusiones

Para evaluar su PLC DIY, Mayer construyó un sistema de detección de color. Este utilizaba una cámara web y la librería OpenCV para identificar un color específico, cuyos parámetros se ajustaban mediante valores analógicos, y luego superponía una interfaz de detección en el vídeo, transmitiéndolo por la red.

Si bien esta prueba demostró la funcionalidad del sistema, es importante destacar que un laboratorio casero no reproduce las condiciones extremas a las que se enfrentan los PLCs industriales. Estos dispositivos deben operar ininterrumpidamente durante décadas en ambientes con calor o frío extremos y bajo vibraciones constantes. Pese a esta limitación del entorno de prueba, el ejercicio permitió a Mayer verificar el correcto funcionamiento de todos los elementos diseñados para la robustez.

La principal conclusión del experimento fue que los PLCs industriales, aunque parezcan caros, no lo son tanto cuando se consideran las demandas y el esfuerzo de ingeniería necesarios para su diseño. Si bien existe un margen de beneficio, inherente a cualquier producto, la inversión en fiabilidad, protección y durabilidad justifica en gran medida su precio, revelando que el coste no es tan irrazonable como podría parecer inicialmente.