AEI 514 - ¿Hacía donde camina el futuro de los controladores lógicos programables (PLCs)?

Desde su nacimiento, en la década de los 70, el controlador lógico programable (PLC) sigue siendo un componente esencial para la automatización industrial. Las soluciones que ofrecen los nuevos PLCs gracias a la alta conectividad y la potencia de software en la gestión de proyectos aumentan su versatilidad y refuerzan el papel del PLC como pieza clave en el sector. Aunque no todos opinan lo mismo.

El siguiente artículo recoge la opinión de nueve compañías que han respondido a cinco claves para conocer cuál es la situación del mercado y hacia dónde evolucionan los PLCs.

Tendencias futuras del software de PLC

“El futuro de los PLCs está ligado al edge computing y la nube”, responde Román Cazorla, responsable del segmento MOEM en Eaton. “En un contexto de digitalización en el que tendemos hacia la total interconexión de los dispositivos, debe evolucionar para, en línea con tendencias como el edge computing, incorporar de forma progresiva opciones de funcionamiento en el propio edge. Así pues, ofrecer una conexión directa con la nube va a ser clave para optimizar los procesos de comunicación entre dispositivos y alcanzar la máxima eficiencia a todos los niveles”, explica. No duda en que los nuevos PLCs han de permitir la integración en redes IIoT para lograr la interoperabilidad y el tipo de comunicación fluida que precisan los sistemas industriales en la actualidad: “Al fin y al cabo se trata de continuar aumentando el nivel de la automatización, fomentando un intercambio de información cada vez más ágil entre elementos, que permita la implantación definitiva de las fábricas inteligentes”.

Para Francisco Díaz Gómez, director técnico de Lenze, y Albert Cot y David Costa, product managers de Pilz, el futuro de los PLCs está unido al uso de estándares de programación e introducción de la programación orientada a objetos. “La tendencia nos lleva a softwares únicos con los que se puedan programar todos los elementos tanto de control como de campo y visualización; todo ello, utilizando un lenguaje de alto nivel”, argumentan desde Pilz. En este sentido Jaume Pons, responsable técnico de Unitronics en España, coincide en que el software para la programación de los PLCs debe tender a ser más fácil de utilizar, más intuitivo y ágil. “De esta forma, se puede reducir el tiempo de programación en los proyectos y permitir que más gente sea capaz de realizar programaciones de más alto nivel. Se debe pretender llegar a controlar desde una misma plataforma la programación de los diferentes elementos de una misma marca o grupo”, argumenta.

Por su parte, Sergio Muiña, Automation Sales Engineer Manager de Weidmüller España y Portugal profundiza en el software, y cree que este va a buscar a futuro tener lenguajes de programación más típicos de IT que de OT. “La digitalización está haciendo que tengamos que programar en entornos de programación de IT como por ejemplo Node-Red. Este tipo de software dan una interface de usuario sencilla para que cualquier programador pueda programarlos y especialistas en JavaScript pueden profundizar más en la herramienta”, apunta.

Entre las tendencias de futuro que destacan desde Pilz aparecen: la posibilidad de programar la parte de automoción, así como la parte segura de la máquina: la conexión remota a los equipos en campo; la compatibilidad con sistemas open source; los cálculos de tiempo de respuesta automáticos; la introducción de nombres de hardware y variables automático; y el mapeado de datos automático.

Sobre la conveniencia de un software más intuitivo para los PLCs, también se manifiesta Ramón Quirós, jefe de Producto IMA de Phoenix Contact: “El futuro del software en los PLCs debe ser sobre todo muy intuitivo, abierto y flexible para el usuario, con cambios y actualizaciones frecuentes que permitan la interacción de diferentes generaciones de programadores con muy distinto perfil en cuanto conocimientos en lenguajes de programación”. Desde Phoenix creen que la filosofía del software libre “que se ve por ejemplo en el mundo Linux” es muy acertada para los tiempos actuales y que un software testado y probado, pero también fácil, gratuito y con guías accesibles para todos es “lo que se impondrá poco a poco en el entorno de los PLCs y la industria”.

Por el contrario, Daniel Benítez, consultor tecnológico en automatización de Rockwell Automation, ve el futuro de los PLCs con pesimismo, y defiende que la aparición de los primeros PACs (Controladores de Automatización Programables) en el mercado representan una amenaza para el futuro de los PLCs. “La adición constante de funcionalidades en los PACs los hace imprescindibles en una automatización del siglo XXI, donde la interoperabilidad y el valor añadido son premisas imprescindibles para sobrevivir en un entorno tan exigente como el industrial. Los PLCs, que en el siglo XX fueron el cerebro lógico de las más grandes y complejas máquinas e instalaciones del momento, están siendo relegados a las máquinas pequeñas, simples y con bajas necesidades de comunicación”, analiza.

Así pues, para Rockwell, este descenso en el posicionamiento de los PLCs, “barridos por la supremacía de los PACs”, los ha convertido cada vez más en un equipo con “bajo valor añadido por parte de los fabricantes”, y por tanto a un precio más reducido. “Si no hay diferenciación tecnológica, el incentivo de venta queda restringido al bajo precio comparativo con otras soluciones”, sentencia.

“La parte positiva, para ser optimistas respecto a los PLCs -explica Benítez - es que al ser equipos que cada vez se parecen más y más entre marcas, ha permitido la aparición de softwares comunes de programación. Estos softwares, que permiten con un lenguaje “universal” programar cualquier PLC del mercado, se fundamentan en que los PLCs no tienen diferenciales tecnológicos y por tanto el hardware usado es menos relevante. Estos softwares universales no tienen la capacidad de implementar de forma óptima las ventajas que cada fabricante/hardware tiene en sus productos, por lo que al final están muy limitados en prestaciones”.

"No sólo el control y la adquisición de datos son confiados a los PLCs", expone la ingeniera Nicoletta Ghironi, responsable de Marketing y Comunicación de B&R Italia. "Ahora tiene que considerar e incluir la conectividad y la interfaz gráfica de usuario entre el software. Y, naturalmente, una interfaz gráfica está pensada para ser utilizada en diferentes dispositivos, como monitores estándar, pero también en tabletas y teléfonos inteligentes". Ghironi también introduce la importancia de la estandarización: "Para poder portar y mostrar el software es necesario adoptar tecnología de software estándar, por lo tanto, las tecnologías basadas en web (HTMS, CSS, Java script), que otorgan una amplia usabilidad durante un tiempo muy largo".

Daniel Lagares, Technical & Marketing Manager de IFM, aporta su visión sobre las tendencias del futuro del software: “Facilitar el mantenimiento preventivo de las máquinas y el control de estadísticas y reportes de incidencias para posterior tratamiento (Big Data). La recopilación de grandes cantidades de datos y la búsqueda de tendencias dentro de los datos permiten que las empresas se muevan mucho más rápidamente, sin problemas y de manera eficiente. Y la conexión a ethernet permitiendo así tener comunicado un PLC con múltiples dispositivos compatibles y su acceso a la red para supervisión y telecontrol (IIOT o Industria 4.0”.

Del transistor a la fábrica digital (Siemens)

“La tecnología de automatización es el esqueleto de la producción industrial siendo el PLC el núcleo a partir del cuál podemos hacer nuestras industrias más productivas, eficientes, fiables y rápidas”, explican desde Siemens, que en el artículo "Del transistor a la fábrica digital", publicado junto a este informe, analiza su evolución.

La evolución de los PLCs

“Los PLCs siguen y seguirán siendo el corazón de las líneas de producción”, afirman los product managers de Pilz. “Por ello, la evolución continuará en línea a la demanda de la industria y estos dispositivos deberán tener diferentes certificaciones, no sólo para sectores clásicos como podrían ser la máquina herramienta o el packaging, sino también para sectores más especializados como la industria ferroviaria o la robótica. La integración del control de seguridad dentro de los PLCs de proceso es imparable. Este es el futuro de los PLCs actuales, ofreciendo un valor añadido que se encuentra en los servicios y prestaciones que ofrece el software y el equipo. Por tanto, la evolución de los PLCs va orientado sobre todo a software y soluciones tanto de programación como de visualización”, explican. No olvidan la importancia de la compatibilidad con los antiguos PLCs: “Las migraciones de equipos y soluciones suelen ser costosas, y se deciden hacer por tramos”.

Una tendencia muy clara de los últimos dos años, según indica Quirós (Phoenix Contact), es aprovechar la fiabilidad y robustez de lo que supone un PLC en industria para ser además un elemento con funcionalidad de Gateway IIoT. “Es habitual empezar a ver PLCs con sistema operativo Linux accesible y evitamos tener hardware no industrial innecesariamente en nuestra red. Por otro lado, es una realidad que cada vez más programadores se desenvuelven, por su formación, mejor en lenguajes de alto nivel como C++, C#, Python, Java y algunos fabricantes, que no hay porque desaprovechar ese conocimiento para el mundo de los PLCs y los entornos industriales”.

La clave, enfatiza Ghironi (B&R), pasa por reducir el tiempo de ingeniería al mínimo: “Configurar en lugar de programar es algo que permite al fabricante de la máquina pasar menos tiempo en la fase de programación y liberar a los desarrolladores para que se centren en refinar el proceso”. Y apunta a tecnologías como mapp, que permiten usar bloques gráficos listos para realizar la mayoría de las características y funciones clásicas que necesita en control. “El resto, que necesitan algo más que un arrastrar y soltar para su configuración, pueden ser programados en todos los lenguajes para la industria e integrados en el mismo entorno”. Esta visión coincide en parte con Díaz (Lenze), para el que un factor clave es “la simplicidad de uso y la integración con dispositivos móviles”.

Una de las tendencias más importantes en el ámbito del PLC, según Cazorla (Eaton), apunta a permitir la conexión directa con la propia nube para optimizar al máximo los procesos, muy relacionados con el traspaso y análisis de datos, que para resultar totalmente eficaz debería realizarse en tiempo real. “Relacionado con esta tendencia aparece la necesidad de contar con interfaces integradas que permitan acceso al IIoT que va a permitir esa interoperabilidad en todas las capas”, comenta.

“Las comunicaciones entre equipos se llevarán gran parte de las horas de desarrollo en los PLCs”, señala Pons (Unitronics) en relación a su evolución.

Por su parte, Muiña (Weidmüller) cree que los PLCs van a evolucionar rápidamente a compartir tareas e incluso a convertirse en IPC (PC Industrial): “Los IPC tienen ya una fiabilidad igualable al del PLC y nos permiten hacer programaciones más abiertas con sistemas operativos conocidos por todos”. Una visión muy diferente al “pesimismo” que mostraban anteriormente desde Rockwell Automation.

En términos similares a Muiña se manifiesta Lagares (IFM): “La tendencia actual en el control de procesos complejos es utilizar PLC en red o como periféricos de un ordenador, con lo cual se combinan la potencia de cálculo del ordenador y la facilidad de interfaces estándar que ofrece el PLC”.

Estado actual del Controlador de Automatización Programable (PAC)

“Los controladores están ahora en su mayoría basados en PC y normalmente están equipados con opciones de comunicación, una potente CPU y memoria suficiente para realizar muchas tareas diferentes mientras se ejecuta el control de bucle cerrado en tiempo real”, expone Ghironi (B&R) y responde con otra pregunta: “¿Tiene sentido seguir distinguiendo entre ellos?”

Por su parte, los product managers de Pilz creen que pueden ganar terreno: “Actualmente, en el ámbito industrial, los dispositivos programables complejos suelen estar embebidos dentro de IPCs, que nos permiten trabajar en un lenguaje o complejidad de programación a un nivel superior, por ejemplo, mediante el uso de ROS (Robotic Operating System). Así que aumentará su presencia a medida que las programaciones abiertas tipo ROS se impongan en el mercado, y donde un único controlador (PAC o IPC) nos permita realizar el control de todo el sistema de automatización y proceso de una industria de forma autónoma”.

Díaz (Lenze), opina que la tecnología PAC se identifica cada vez más a “entornos informáticos estándar y utilización de sistemas operativos no específicos del sector industrial (como son Linux, Windows,...)”.

Desde Weidmüller afirman que en la actualidad son muchos los fabricantes que apuestan por tener en el mercado sistemas PAC: “Ya existen dispositivos que pueden combinar sistemas de programación de controladores lógicos programables con protocolos de red abiertos como TCP/IP y OPC”.

Visión contrapuestas tienen Pons (Unitronics) y Benítez (Rockwell Automation). Según esta último, los PACs se encuentran en un punto de madurez que los convierte en la “pieza imprescindible” de la automatización del siglo XXI. “Comunicaciones con bases de datos, protocolos del IIoT, redundancia de controladores sin paso por cero, gestión integrada de la red Ethernet y de los switches sobre la que se basa su arquitectura, alta disponibilidad..., solo se pueden realizar con los PACs de más alto nivel. En los últimos años se ha vivido una evolución constante de los PACs, que hoy permite disponer de un escalado total de estos controladores; desde unidades pequeñas para tareas simples, hasta equipos de muy altas prestaciones. Además, gracias a sus potentes comunicaciones pueden convivir todas estas variantes de forma simultánea, siendo gestionadas bajo un mismo entorno de configuración y programación”, explica.

Por el contrario, Pons no cree que los PACs vayan a generalizarse en la industria: “Seguirán utilizándose para aplicaciones muy concretas y definidas que requieran una estructuración flexible y compleja. Los fabricantes y desarrolladores de software de programación PLC mejoran sus productos gracias a las utilidades desarrolladas en los PACs”, considera.

“Los PACs van a estar relegados en determinados sectores”, defiende también Lagares (IFM). “En los que las complejas configuraciones de automatización que implican funciones basadas en PC y HMI, así como el control de procesos industriales (automoción, aeroespacial, construcción o siderurgia), los PACs están diseñados para recibir señales de entradas y actuar sobre salidas y para proporcionar una elevada flexibilidad y fiabilidad a la automatización industrial”.

Tendencias actuales del hardware de PLC

“No debemos subestimar la importancia del hardware, que ha de evolucionar al tiempo que lo hace el software para hacer frente a los nuevos retos de potencia y conectividad y permitir a los clientes mejorar su productividad, capacidad y calidad”, responde Cazorla (Eaton), consciente de que ya ha descrito con anterioridad cómo los fabricantes están haciendo más hincapié en el software. “En lo referente a buses de campo, cada vez se hace más necesario que el desarrollo de los nuevos PLCs incluyan capacidades de comunicación multiprotocolo. Aún estamos lejos de poder hablar de un protocolo común de comunicaciones para todas las aplicaciones y fabricantes”, señala.

“Otra tendencia que hemos detectado es a nivel de automatización de máquina. En este tipo de aplicaciones se valora cada vez más la combinación de HMI y PLC en el mismo componente hardware requiriendo continuamente interfaces mucho más amigables que hoy en día se asemejan casi a las de un smartphone y que permiten un manejo tan sencillo y efectivo como el que permite un teléfono inteligente al usuario común”, añade.

De forma similar opina Díaz (Lenze) que cree que son necesarias “CPUs cada vez más rápidas para comandar un mayor número de ejes y capacidad de ejecución de software complejo”, además de evolucionar hacia buses estándar (EtherCAT).

En este sentido también coinciden IFM y Weidmüller, y estos últimos describen: “Actualmente la tendencia es tener dispositivos que puedan combinar buses de campo de OT (EtherCAT, Profinet, Profibus, Can Open,...) con buses comunicables con IT (OPC UA, MQTT,...). En un mismo dispositivo podemos hacer el control de un proceso clásico con el PLC y comunicarnos en la nube con OPC UA o MQTT”.

“En cuanto a CPU es cada vez más frecuente ver PLCs con procesadores más propios de equipos IPC o de hardware de entorno IT con mayor velocidad”, explica Quirós (Phoenix Contact). “En nuestro caso los últimos modelos trabajan con CPUs Intel i5. Por la parte de bus de campo, en nuevos proyectos se usan cada vez más por especificación buses de campo no propietarios que puedan comulgar con las bondades del entorno de red TCP/IP, gestión remota, comunicación Wireless para participantes móviles..., como por ejemplo son Profinet o Ethernet/IP”. En cualquier caso, la tendencia “más palpable”, según Quirós, es combinar en un único PLC las funciones de Safety, IoT Gateway y Security.

“Las potentes CPUs, junto con la memoria integrada y muchas opciones de comunicación diferentes, hacen que el PLC basado en PC no sólo sea muy robusto y esté disponible durante largos periodos de tiempo, sino que también sea rentable, ya que está basado en componentes de consumo a gran escala”, explica Ghironi (B&R). “Además, la adopción de arquitecturas estándar -añade- permite tener los mismos sistemas operativos y portar el software en diferentes dispositivos sin necesidad de reprogramación”.

En este aspecto, Benítez (Rockwell Automation) explica: “Los PLCs que están sobreviviendo en el mercado están evolucionando al uso de un hardware de comunicación común como la Ethernet, sobre todo en las funciones de programación y comunicación con el sistema de supervisión (de haberlo), en algunos casos se está manteniendo el uso ModBus RTU para los sistemas que aportan una pequeña y muy limitada comunicación en donde el bajo precio (y prestaciones) de los equipos pesa sobre otros criterios de selección”.

En cambio, Benítez apunta que en los PACs se están añadiendo importantes mejoras tecnológicas que hacen aumentar sus prestaciones: “Más unidades de proceso y más memoria de trabajo, permitiendo aplicaciones de alta complejidad con una elevada rapidez; funciones de seguridad de máquina integrada, que en el futuro puede ser un estándar en todos los PACs; entradas salidas rápidas, tanto locales como distribuidas, conectadas con buses de comunicación Ethernet de alta velocidad; o comunicaciones de alta velocidad y con protocolos estándar, con la incorporación de protocolos de anillo como DLR, que ahorran switches y hacen más fiable las comunicaciones”.

Por otra parte, Pons (Unitronics) expone: “Se está mejorando la implementación de los puertos de comunicaciones para tener más capacidad de interconexión con los dispositivos remotos o servidores en la nube, descentralizando el almacenaje de la información para tener un acceso global. También se trabaja en la mejora la electrónica interna para hacer equipos más potentes y rápidos intentando mantener el mismo precio”.

Los retos y una amenaza principal, la ciberseguridad

“La seguridad lleva a los principales proveedores de automatización a adoptar sistemas operativos basados en Linux, más robustos, y a permitir y facilitar el correcto mantenimiento de la definición de amenazas, como base para la protección”, asegura Ghironi (B&R). “La segregación de los procesos e información sensibles es parte de una política de protección de datos esencial que debe tenerse en cuenta en la estrategia de seguridad. Una estrategia en la que el factor humano es la mayor amenaza y la fuente más común de violación, por lo que el seguimiento del acceso de los usuarios es uno de los aspectos más importantes en una aplicación de automatización”, añade.

Otros aspectos, “menos puntuales, pero aún muy relevantes en la gestión diaria”, añaden desde B&R, es la posibilidad de actualizar el firmware del PLC de forma automática, para mantener los sistemas siempre a la vanguardia de la tecnología. “Si combinamos todas las diferentes piezas con una automatización robusta y un enfoque consciente de la cuestión de la seguridad, estaremos en condiciones de evitar daños o pérdidas en la plantas de producción”.

“La ciberseguridad cada vez tiene un peso más importante en los sistemas de automatización”, destacan Cot y Costa (Pilz). “Los requisitos de la industria 4.0 nos llevan hacia sistemas y máquinas no sólo conectadas entre sí, sino conectadas a la nube. De esta manera, se abren las puertas a posibles manipulaciones de la nube hacia la máquina. Por eso, es imprescindible la seguridad en las plantas industriales. Hay que garantizar que la comunicación con los PLCs, así como la extracción de datos de estos, sean seguras. También hay que garantizar que la seguridad de los operarios y las operarias no se vea afectada, por ejemplo, aislando los sistemas de mando relativo a la seguridad”.

Desde Eaton también hablan de esa dualidad entre oportunidad y amenaza. “El nuevo panorama de digitalización e interconexión trae consigo miles de avances y oportunidades, pero también serias nuevas amenazas en lo referente a la ciberseguridad. Y es que precisamente esta conexión directa de dispositivos como los PLCs con internet, con la nube, y con otros dispositivos y máquinas, supone un nuevo peligro al que debemos hacer frente a través de nuevas soluciones que proporcionen una seguridad aumentada y garanticen la protección total del flujo de datos de una compañía, cuyo valor es cada vez mayor”, apunta Cazorla.

En este sentido, Díaz (Lenze) añade: “La mayor amenaza para los PLCs es su sustitución por sistemas en la nube, donde la automatización de la máquina quede reducida a las E/S y actuadores comunicando directamente con software remoto. Para que esta solución sea factible la ciberseguridad es un elemento imprescindible”.

A mayor conectividad a internet y mayor accesibilidad a los datos es necesaria una mayor y mejor seguridad, “tanto desde el ámbito de Safety si la aplicación lo requiere como de Security”, recuerda Quirós (Phoenix Contact).

“Numerosas empresas operan en el mundo del PLC pero no todas estamos al mismo nivel de conocimiento ni de implementación de un estándar como es el IEC 62443 en sus procesos y en sus productos, y desde el punto de vista del usuario final es interesante que ya exista en la era de la digitalización, un estándar y una certificación de referente para la tecnología de control industrial en la misma medida que tenemos para el mundo Safety”, explica.

“Desde nuestro punto de vista si una compañía quiere a día de hoy acometer un proyecto de transformación digital es indispensable que en paralelo se establezca además del concepto de control y conectividad otro paralelo de ciberseguridad, independientemente de si hablamos de una infraestructura crítica o de una pequeña fábrica. Y si hablamos de nuevas plantas o líneas de fabricación la lista de posibles amenazas y la inversión en materia de ciberseguridad se puede reducir drásticamente exigiendo en la fase de diseño PLCs, hardware y servicios certificados conforme al estándar de ciberseguridad IEC 62443, que al fin y al cabo, es el primer estándar internacional de la historia que habla de tecnología de ciberseguridad en sistemas de control”, añade.

Desde Rockwell Automation relacionan la ciberseguridad con la desaparición progresiva de los PLCs que Benítez ya ha expuesto con anterioridad. “Esta desaparición será más rápida cuando los usuarios finales acaben de interiorizar que la ciberseguridad y seguridad aumentada de sus equipos (no solo controladores) no puede ignorarse bajo la premisa de “nunca hemos tenido problemas de ataques”. Ante la amenaza de los ciberataques, recomienda usar técnicas como la encriptación de código en los controladores o encriptación/autentificación de las comunicaciones de planta, “y esto a día de hoy solo puede ser realizado por los PACs”.

Por su parte, Pons (Unitronics) apunta un reto principal: “Estandarizar un protocolo de comunicaciones y sus conexiones para que permitan a un mismo equipo intercambiar datos con muchos periféricos distintos y de diferentes marcas. Este protocolo debería permitir mover más volumen de datos, más rápido y con menos consumo de recursos”. En referencia a las amenazas, Pons considera que la principal, en un mundo conectado, es el control de accesos a los controles de las instalaciones desde el exterior. “La ciberseguridad ya tiene un papel importante en las instalaciones industriales, los posibles ataques informáticos deben estar bloqueados para evitar desastres en instalaciones críticas”, señala.

Para Weidmüller el principal reto del PLC es unir OT e IT del modo más sencillo posible para el usuario. “Llevamos tiempo hablando de la digitalización y la transformación digital de la industria y los usuarios necesitan entornos amigables con los que puedan gestionar del modo más simple posible. Y la principal amenaza es que, con el uso de IPC, el PLC actual con el tiempo deje de tener sentido”, explica Muiña. Sobre ciberseguridad, subraya la necesidad de instalar nuevos sistemas de control que hasta ahora no eran necesarios.

Finalmente, Lagares (IFM) añade: “Los sistemas de control industrial presentan un alto riesgo frente ataques de ciberseguridad. Son varios los niveles, desde la infraestructura de redes, pasando por los sistemas operativos, sistemas SCADA hasta incluso los mismos PLCs”.