Inteligencia Artificial : ¿La era de los PLC llegó a su fin?

Durante la cuarentena por COVID-19 tomé el tiempo de asistir a una conferencia virtual sobre la Industria 4.0. Aunque llevo años dedicándome a la automatización, internet de las cosas industrial, ciencia de datos e inteligencia artificial. Me llama siempre la curiosidad escuchar sobre nuevos productos, nuevos servicios y nuevas ideas que podrían cambiar la industria. 

No obstante, siempre hay que guardar un oído crítico sobre la información que se transmite. Especialmente cuando los “expertos” afirman cosas tales como “pronto dejaremos de usar PLC”. A decir verdad, no es la primera vez que escucho esta idea. Por lo que decidí hacer este artículo antes de que se siga propagando esta afirmación hecha tan a la ligera. 

Para argumentar por qué los PLC están lejos de ser anticuados, tendré que comenzar con un poco de historia.

-Origen de la Inteligencia Artificial-

Aunque parezca un término muy moderno, la Inteligencia Artificial tiene su origen en 1956, cuando John McCarthy y otros expertos de la época reconocieron que era posible que una máquina tuviera la capacidad de resolver problemas a través de un razonamiento, tal como los humanos. Esta idea fue sustentada por “The Logic Theorist”, un programa de computación escrito ese mismo año por Allen Newell, Herbert A. Simon y Cliff Shaw. Este programa usó por vez primera el razonamiento automático y se le conoce como el primer programa de inteligencia artificial. En concreto, este programa era capaz de resolver teoremas matemáticos, algo que hasta entonces sólo podían hacer los humanos. 

Desde entonces ha crecido la inteligencia artificial como disciplina y área de estudio. La cual ahora tiene principios tecnológicos, éticos y objetivos a corto y largo plazo para su desarrollo.

Quizás en estos momentos te estés preguntado, si la inteligencia artificial tiene tanto tiempo, por qué dominaron los PLC? Para responder a esta pregunta, lo ideal es hablar rápidamente del origen de los PLC.

-Origen de los Controladores Lógicos Programables (PLC)-

Hace poco más de 50 años, el control de la maquinaria industrial se hacía mediante el uso de relevadores. Estos relevadores se encontraban en grandes gabinetes eléctricos y cambiaban un switch entre ON y OFF al ser energizados. Esto cambió hasta 1968 cuando Dick Morley conceptualizó el primer PLC. Es decir, un sistema flexible como una computadora pero a precios competitivos. Este sistema debería funcionar con la misma lógica de relevadores (lógica de escalera) que ya estaba en uso. Este sistema debería funcionar en un ambiente industrial, resistente al polvo, humedad, electromagnetismo y vibraciones. Este sistema tenía que ser modular para poder intercambiar sus componentes y ser expansible. Así, Dick Morley creó el primer PLC con un procesador lento y una memoria que admitía 125 palabras. Poco después mejoró su invención al expandir la memoria hasta 4 mil palabras. Además, logró integrar contadores, timers y funciones matemáticas básicas al PLC.

Habiendo ilustrado el origen de la IA y del PLC, puedo comenzar a explicar porqué el PLC no será obsoleto. Para ello, quisiera hacer un énfasis en la relación entre el PLC y la Inteligencia Artificial.

-¿Qué tienen en común la Inteligencia Artificial y el PLC?-

Para comenzar con la explicación quisiera retomar el origen de la Inteligencia Artificial. Donde se utilizó una computadora y a la computadora se le “metió” el primer programa de inteligencia artificial. A partir de esta idea podemos darnos cuenta que la Inteligencia Artificial y los PLC no son directamente comparables. Esto es porque la inteligencia artificial es un programa y el PLC es un dispositivo.

Sin embargo, podemos darnos cuenta que el PLC y la computadora tienen mucho en común. La computadora es un elemento físico con procesador, circuitos electrónicos, memoria, etc, lo cual es también llamado hardware. El hardware acepta información de entrada, la procesa a través de programas (o software) y genera una respuesta o información de salida.

De manera análoga, un PLC también es un elemento físico con procesador, circuitos electrónicos, memoria, etc. El hardware también acepta información de entrada, analógica o digital, la procesa y genera una salida. Como se puede ver, en su esquema físico fundamental, las computadoras y los PLC parecen muy similares.

De esta manera, ahora podemos hacer otra relación lógica tomando en cuenta la similitud entre el PLC y la computadora. ¿Si a una computadora se le puede “meter” un programa de inteligencia artificial, al PLC también se le puede meter un programa de IA?

-Algoritmos de Inteligencia Artificial para PLC-

Para responder esta pregunta, primero hay que ser claros con lo que es un programa o software. Para aquellos lectores que tengan conocimiento en ciencias de la computación pueden saltar al siguiente párrafo. Para los que no, les gustará saber que los programas o software están hechos por algoritmos. Un algoritmo es un conjunto de operaciones o instrucciones que permiten hallar la solución a un tipo de problema. Aunque aún hay un debate al respecto, se puede decir que los algoritmos se dividen en 3: algoritmos básicos, algoritmos complejos y algoritmos de inteligencia artificial. La principal diferencia entre ellos puede ser resumida en el siguiente ejemplo. Imagina que por algún motivo quieres hacer un programa que juegue gato (tic tac toe en inglés, triqui en Colombia, tres en raya en España, tatetí en Argentina, Uruguay y Paraguay). Para esto, haces un algoritmo básico con las reglas del juego o incluso un algoritmo complejo que incluya las reglas y las jugadas óptimas.En ambos casos podrás jugar con el algoritmo pero el programa hará únicamente lo que le has dicho de hacer. En cambio, puedes hacer un algoritmo de inteligencia artificial que intente aprender solo a partir de muchos ejemplos o partidas. De manera que el algoritmo encuentre por sí mismo las reglas e incluso las jugadas óptimas sin haberlas programado previamente. De hecho, en muchas casos reales hay cosas que aprenden los algoritmos de inteligencia artificial que no se pueden explicar.

Después de esta aclaración sobre los programas y los algoritmos de inteligencia artificial podemos regresar a la pregunta inicial ¿si las computadoras pueden procesar algoritmos de inteligencia artificial, también pueden procesar algoritmos de IA los PLC? La respuesta es un rotundo SÍ y lo hacen desde hace varias décadas.

Si bien los PLC permiten la programación por lógica de escalera o por lista de instrucciones. En muchas ocasiones se hace uso del PID, que es un algoritmo complejo que permite el control de procesos. De manera más específica, el PID permite el control de operaciones unitarias en un lazo de control cerrado. No obstante, en 1987 se registró el uso de la inteligencia artificial en un PLC. Donde se reemplazó el PID por un algoritmo de inteligencia artificial llamado Lógica Difusa o Fuzzy Logic. Aún más, en los 90’s se comenzó a utilizar en los PLC otro tipo de algoritmos de inteligencia artificial, las redes neuronales. Sin embargo, en este caso se usaron las redes neuronales para encontrar los parámetros óptimos del PID.

Esto abrió hace varias décadas una rama de control llamada “control adaptativo”. En el cual las redes neuronales son capaces de aprender de las perturbaciones de un sistema de control. Es decir, aprenden de las variaciones del sistema ya sea por las condiciones climáticas o excepcionales de un proceso, y son capaces de ajustar de manera contínua los parámetros del PID en función de estas variaciones. A final de cuentas, al igual que las computadoras los PLC también han evolucionado con el tiempo. Es decir, junto con una mayor capacidad de procesamiento, los PLC han adoptado también algoritmos de inteligencia artificial.

-Conclusión-

Finalmente, ahora que sabemos que los PLC han usado desde hace décadas algoritmos de inteligencia artificial. Es posible regresar a la cuestión principal de este artículo ¿Dejaremos pronto de usar PLCs? La respuesta es NO, y no es porque la inteligencia artificial no sea relevante, sino porque la IA es un algoritmo y el PLC es un dispositivo que usa el algoritmo. Por lo tanto, así como las computadoras son cada vez más versátiles y potentes, los PLCs también lo serán. Así como las computadoras usan algoritmos de IA para distintas tareas en áreas como finanzas, seguridad, autos autónomos etc, los PLC también seguirán adoptando nuevos algoritmos de IA que ayuden a optimizar y rentabilizar los procesos industriales. Quizás en un futuro los PLCs se parecerán tanto a las computadoras que terminaremos llamándoles computadoras industriales. Quizás algún día todas las computadoras estarán en la nube y todas las instrucciones se harán vía inalámbrica. Pero lo que es seguro es que mientras los instrumentos requieran una alimentación eléctrica alámbrica, seguiremos necesitando gabinetes eléctricos, relevadores y sistemas robustos, resistentes y modulables para el control de los procesos. Por lo que si estás interesado en aprender a programar un PLC, no dudes mantenerte pendiente de nuestras capacitaciones