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INTRODUCCION

DEFINICIONES Y PRINCIPIOS BASICOSPLANTAUna planta es un equipo, maquina, mecanismo o proceso a ser controlado.

PROCESOOperación continua que consiste en una serie de acciones controladas o movimientos dirigidos sistemáticamente hacia un determinado fin.

SISTEMACombinación de componentes que actúan conjuntamente para cumplir un determinado objetivo.

PERTURBACIÓNSeñal que tiende a afectar adversamente el valor de la salida de un sistema, si esta anomalía es generada dentro del sistema, se denomina interna, mientras que las perturbaciones externas se generan fuera del sistema y constituyen una entrada.

ENTRADAExcitación o estímulo que se aplica a un sistema de control.

SALIDARespuesta obtenida del sistema de control, que puede ser o no, igual a la respuesta especificada que la entrada implica.

CONTROL DE REALIMENTACIÓN

Operación que tiende a reducir la diferencia entre la salida y la entrada de referencia de un sistema, cuando hay presencia de perturbaciones.

SISTEMA DE CONTROL REALIMENTADO

Es un sistema que tiende a mantener una relación preestablecida entre la entrada de referencia y la salida, comparando ambas y utilizando la diferencia como parámetro de control.

SERVOMECANISMOSistema de control realimentado en el cual la salida es alguna posición, velocidad o aceleración mecánica.

Un SISTEMA DE CONTROL AUTOMATICO es un arreglo de componentes físicos instalados y conectados de tal forma, que este arreglo se pueda regular, dirigir o comandar a si mismo

PROFE. MARTÍN HERNÁNDEZ MACÍAS México Agosto/2011

NOMBRE DEL ALUMNO:

GRUPO:______________

FECHA:_______________

Martín Hernández Macias, 06/09/10,

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o a otro sistema.

Lo que se busca principalmente con un sistema automático es AUMENTAR la EFICIENCIA de un proceso, incrementando la velocidad, la precisión y la calidad, al mismo tiempo que se disminuyen los riesgos que se tendrían en la tarea si fuese realizada manualmente.

Los sistemas de control se clasifican en dos categorías:

Un sistema de control de LAZO ABIERTO que es aquel en donde la salida no tiene efecto sobre la acción de control.

Un sistema de control de LAZO CERRADO o sistema de control por RETROALIMENTACIÓN, es aquel en el que la señal de salida tiene efecto directo sobre la acción de control.

Como podemos observar la diferencia entre estos sistemas depende de si la VARIABLE CONTROLADA tiene o no tiene efecto sobre la VARIABLE MANIPULADA.

Las características más sobresalientes de los sistemas de lazo abierto, son:

a. Su CALIBRACIÓN determina la habilidad que estos sistemas tienen para realizar una acción con la mayor exactitud posible.CALIBRAR, significa, establecer una relación entre la entrada y la salida, con el fin de obtener la exactitud deseada.

b. El problema de la INESTABILIDAD no les afecta.

Aunque la inestabilidad es uno de los principales problemas de los sistemas de lazo cerrado, (por la tendencia a sobrecorregir errores, que puede producir oscilaciones de amplitud constante o variable), estos tienen una gran ventaja, el uso de la RETROALIMENTACIÓN.

RETROALIMENTACIÓNPropiedad que permite que la salida o cualquier otra variable controlada del sistema, sea COMPARADA con la entrada al sistema, de tal manera que se pueda establecer la ACCION DE CONTROL adecuada como función de la entrada y la salida.


Los rasgos más importantes que el uso de la retroalimentación le imparte a un sistema, son:

a. Aumento de la EXACTITUD.b. Efectos reducidos de la DISTORSION.

c. La respuesta o salida es relativamente insensible a perturbaciones externas y/o a variaciones internas de los parámetros del sistema.

d. Reduce el efecto de la no linealidad.

e. Tendencia a la inestabilidad.

f. Aumento del ancho de banda.

ANCHO DE BANDA

Intervalo de frecuencias (de la entrada) por sobre el cual, el sistema responde satisfactoriamente.

Los sistemas de lazo cerrado o AUTOMÁTICOS, son los más utilizados actualmente y según el tipo de SEÑALES que manejen pueden ser ANALÓGICOS, DIGITALES o HÍBRIDOS.

Los AUTOMATISMOS ANALÓGICOS, trabajan con señales variables en el tiempo, dentro de un margen específico.

La señal más común utilizada en aplicaciones industriales es un circuito de corriente de 2 alambres y 4 a 20 mA. Otras señales que también se utilizan son:

1 – 5 volts DC (Sistema de 2 alambres)0 – 5 volts DC (Sistema de 2 alambres)0 – 10 volts DC (Sistema de 3 alambres)0 – 100 mV DC (Sistema de 4 alambres)

Los AUTOMATISMOS DIGITALES funcionan con señales que solo tienen 2 estados, presencia o ausencia de un determinado voltaje, los más utilizados son de 0 – 5 V, 0 – 10 V o 0 – 24 V, estos sistemas son muy utilizados en dispositivos de proceso como el PLC.

Los AUTOMATISMOS HÍBRIDOS, son la configuración más común para la automatización de procesos y combinan sistemas analógicos y digitales.

Una clasificación más detallada se muestra en los siguientes esquemas:


El control automático juega un papel vital en el avance de la ingeniería y de la técnica, y se ha convertido en parte importante e integral de los procesos de manufactura e industriales actuales, por ejemplo, el control automático resulta esencial en operaciones donde se deben de controlar variables como presión, humedad, temperatura, flujo o viscosidad , también es vital en la industria de manufactura, para el maquinado, manejo y armado de piezas mecánicas por mencionar algunas, y es de extrema importancia en aplicaciones mas complejas como el pilotaje automático de vehículos o aviones, naves espaciales, edificios y


casas inteligentes, o guiado de proyectiles.

El primer trabajo en control automático, fue el regulador centrífugo de James Watt para controlar la velocidad de una máquina de vapor del siglo XVIII. Con sus trabajos en controles automáticos para la dirección de navíos, Minorsky en 1922, demostró, cómo se podría determinar la ESTABILIDAD, a partir de las ecuaciones diferenciales que describen el sistema. Nyquist en 1932 determinó la estabilidad de los sistemas de lazo cerrado sobre la base de la respuesta a lazo abierto con excitación senoidal en régimen permanente.

SERVOMECANISMO, fue el término que Hazen introdujo en 1934, para los sistemas de control de posición, estudio el diseño de servomecanismos capaces de seguir una entrada cambiante. En la década de los 40 se desarrollo completamente el método del LUGAR DE LAS RAICES y el de RESPUESTA DE FRECUENCIA, que son el corazón de la teoría del control.

La automatización industrial evoluciona a la par con los sistemas electrónicos, mecánicos, eléctricos e informáticos, en un principio, para automatizar un proceso se utilizaban señales eléctricas de bajo voltaje y transistores, después circuitos integrados y microprocesadores, las computadoras empezaron a formar parte del control de procesos, pero como las plantas modernas con muchas entradas y salidas se van haciendo mas y mas complejas se desarrollaron controladores especializados con las herramientas necesarias para controlarlas; así surge el PLC o Controlador Lógico Programable que es un dispositivo programable que se puede adaptar a las necesidades de cualquier proceso que se quiera automatizar. Después fue necesaria la integración de estos sistemas de control con sistemas de adquisición y procesamiento de datos, hasta lograr las actuales redes de control automático y dispositivos, que controlan cualquier proceso, otros sistemas de control, autómatas o robots.

DEFINICIONES IMPORTANTES

I/O Abreviación para Input/Output (Entrada/Salida). ENTRADA

Señal/información que llega a las computadoras, grabadoras de cuadros, medidores digitales de panel u otros dispositivos del PLC desde dispositivos externos. Puede ser DISCRETA si proviene de dispositivos como botones pulsadores, sensores, posiciones mecánicas, interruptores, etc., NUMÉRICA si proviene de dispositivos de estado sólido, o, ANÁLOGA, si proviene de sensores de variables físicas, como temperatura o presión, o de dispositivos especializados como variadores de frecuencia.

SALIDA

Información/señal transportada desde el controlador a un dispositivo actuador externo. Puede ser DISCRETA, y activar o desactivar un relevador, arrancador, electroválvula, o cualquier otro dispositivo que tome esta información como señal de referencia para realizar una función. NUMÉRICA, y visualizar valores almacenados en los registros del controlador, por medio de displays de 7 segmentos, de cristal liquido, monitores, paneles, etc. o ANALÓGICA, activando válvulas proporcionales, variadores de velocidad para motores, etc.

ESTADOS DE CONTROL

Es importante que recordemos que todos los RELEVADORES tienen contactos asociados que se ACTIVAN cuando la BOBINA de éste, se ENERGIZA, (También los interruptores tienen contactos que se ACTIVAN al activarse estos).

Todos los contactos tienen un ESTADO NORMAL, y es la posición en la cual están INACTIVOS o la bobina del relé esta DESENERGIZADA, este estado puede ser ABIERTO (CONTACTO NORMALMENTE ABIERTO) o CERRADO (CONTACTO


NORMALMENTE CERRADO).

Cuando se energiza la bobina del relevador, sus contactos se ACTIVAN, cambiando al estado opuesto de su ESTADO NORMAL (estado no activo), es decir, un contacto NORMALMENTE ABIERTO se cerrará y un contacto NORMALMENTE CERRADO se abrirá.

EJEMPLOS

Un CONTACTO NORMALMENTE ABIERTO estará ABIERTO y no pasará señal alguna a través de él cuando esta INACTIVO.

Un CONTACTO NORMALMENTE CERRADO estará CERRADO y PASARA energía o señal a través de él cuando está INACTIVO.

Continuidad LógicaUn renglón de la lógica de escalera se divide en INSTRUCCIONES CONDICIONALES e INSTRUCCIONES DE SALIDA, y por REGLA : SI EXISTE UNA SECUENCIA DE INSTRUCCIONES CONDICIONALES VERDADERAS, EL RENGLÓN SE VUELVE VERDADERO Y SE PRODUCE LA SALIDA.

Por ejemplo para que la INSTRUCCIÓN DE SALIDA de la figura anterior sea VERDADERA (es decir, que actúe sobre algún dispositivo de salida, como un contactor o la bobina de una electroválvula mediante el módulo de salidas apropiado), las TRES INSTRUCCIONES CONDICIONALES DEBEN DE SER VERDADERAS, (estas condiciones provienen de dispositivos de entrada como sensores, interruptores, encoders, etc., mediante los módulos de entrada apropiados).


DIAGRAMAS BASICOS

CONEXIONES DE LOS CIRCUITOS DE POTENCIA Y CONTROLA TRAVES DE LOS ARRANCADORES, 600 V O MENOS

1 FASE 2 FASES4HILOS 3 FASES

Nomenclatura de líneas L1, L2L1 -- L3 FASE 1 L1, L2, L3L2 -- L4 FASE 2

Circuito a control conectado a: L1, L2 L1, L3 L1, L2

A tierra ( si se usa )L1 Siempre aislada de

tierra-- L2

Relevadores de sobrecarga en arrancadores

1Elemento L1 -- --2 Elemento -- L1, L4 --1 Elemento -- -- L1, L2, L3

OTROS SÍMBOLOS ESTANDAR PARA DIAGRAMAS LINEALES(Establecidos por N.E.M.A.)

Antes de continuar analizando otros diagramas elementales de circuitos de control, definamos que es un DIAGRAMA DE ALAMBRADO.

Un DIAGRAMA DE ALAMBRADO nos muestra muy claramente la localización real de todos


los componentes del dispositivo. En este diagrama, las flechas y las terminales abiertas (que se representan con círculos abiertos), indican las conexiones hechas por el usuario. Debemos de observar que las líneas gruesas indican los circuitos de fuerza (dependiendo de nuestra aplicación, pueden ser circuitos conectados a 110V, 220V ó 440V) y que las líneas delgadas señalan los circuitos de control (generalmente en las aplicaciones industriales, éstas señales son de 24 Vcd).

De una manera convencional, en los equipos magnéticos de C.A. se usan cables negros para los circuitos de fuerza y cables rojos para los circuitos de control.

La siguiente figura nos muestra un ejemplo de cómo es un DIAGRAMA DE ALAMBRADO

Pero si deseamos una ilustración más sencilla del circuito, entonces utilizamos el DIAGRAMA ELEMENTAL.

Un DIAGRAMA ELEMENTAL nos permite una compresión del circuito más fácil y rápido. Los dispositivos o componentes no se muestran en su posición actual, aquí, todos los componentes del circuito de control se presentan de la forma más directa posible entre un par de líneas verticales que representan el control de la fuente de alimentación de fuerza. La colocación de los elementos o componentes está diseñada para mostrar la SECUENCIA DE OPERACIÓN de los dispositivos y esto nos ayuda a comprender la forma en que opera el circuito, esta forma de diagrama eléctrico también es llamado Diagrama Esquemático o Lineal; un ejemplo de esto, lo tenemos en la siguiente figura:

Se dice "control a dos hilos" porque en un circuito básico, únicamente se requieren 2 hilos para conectar el dispositivo piloto al arrancador (el dispositivo piloto puede ser algún interruptor de límite, presión, etc.)


Utilicemos esta misma figura para explicar el funcionamiento de lo que conocemos como DISPARO POR BAJO VOLTAJE. Este control a 2 hilos, utiliza un dispositivo piloto con contacto mantenido que está conectado en serie con la bobina del arrancador. Cuando queremos que un arrancador funcione automáticamente sin la atención de un operador utilizamos este diagrama; si ocurre una falla en los circuitos de fuerza mientras que los contactos de I están cerrados, entonces el arrancador se abrirá, cuando se restaura el circuito de fuerza, el arrancador cerrará automáticamente a través del contacto mantenido del dispositivo piloto.

Todos los circuitos vistos anteriormente (desde los circuitos Y y circuitos O) son muy básicos, pero fundamentales para entender el funcionamiento de circuitos de control más complejos, también tenemos que conocer qué nos indican los diferentes símbolos usados y sus nomenclaturas; si sabemos interpretar un diagrama eléctrico, un circuito de control o un diagrama de escalera, nos será fácil entender cómo opera y qué es lo que está haciendo un PLC, comprenderemos mejor el funcionamiento de un sistema y podremos escribir mejores programas, y lo que puede ser más importante DIAGNOSTICAR Y RESOLVER PROBLEMAS ya sea en el hardware o en el software de un sistema de control automático.

Antes de comenzar a conocer los diferentes tipos de dispositivos que podemos utilizar como entradas o salidas de nuestro PLC tomemos este otro ejemplo con el que podemos realizar una pulsación momentánea usando un interruptor selector, excitado mediante el botón de arranque.

NEMA, define a la pulsación momentánea o “paso a paso”, como la operación momentánea de un motor desde el reposo, con el propósito de realizar pequeños movimientos en el manejo de las máquinas. Normalmente en el ambiente industrial el dispositivo que realiza ésta operación es un botón pulsador conocido como Jog.

Un sencillo método de pulsación es mostrado arriba, el interruptor selector desconecta el contacto M de enclave (o sostén) en el circuito y entonces, puede efectuarse la pulsación momentánea oprimiendo el botón de arranque.

Ver en youtube

http://www.youtube.com/watch?v=Cz9zT00Jb54

http://www.youtube.com/watch?v=XTP7cbUqztw&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=kndVK5tYRjM&feature=related


http://www.youtube.com/watch?v=kndVK5tYRjM&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=XTP7cbUqztw&feature=related

http://www.youtube.com/watch?v=Cz9zT00Jb54

CONCEPTOS II

TIPO DE DISPOSITIVOSIMBOLOGIA DE LOS CONTACTOS

NORMALMENTE ABIERTOS

NORMALMENTE CERRADOS

BOTON PULSADOR

INTERRUPTOR DE LIMITE

INTERRUPTOR DE TEMPERATURA

INTERRUPTOR DE FLUJO

INTERRUPTOR DE NIVEL

RELEVADOR DE CONTROL

RELEVADOR DE ENCLAVAMIENTO

RELEVADOR DE RETARDO

El retardo comienza cuando se energiza la bobina.

El retardo comienza cuando se desenergiza la bobina.

CIRCUITOS EN PARALELO Y EN SERIE

Los conceptos de CIRCUITOS EN PARALELO y CIRCUITOS EN SERIE, son fundamentales en todos los sistemas eléctricos y diagramas de escalera. El diagrama de escalera es el principal método para entender y programar las secuencias lógicas de operación y control que realiza un PLC.

Circuito en Paralelo ó Circuito O

En este circuito los interruptores 1 y 2 están conectados en paralelo, este arreglo también es llamado circuito O, porque el interruptor de arranque 1 O el interruptor de arranque 2 pueden estar cerrados para completar este circuito y la salida o el relevador se energice.


Circuito en Serie ó Circuito Y

Aquí los interruptores están conectados en serie y también se llama circuito Y, porque el primer elemento (interruptor de arranque) Y el segundo elemento (interruptor de paro) deben estar cerrados para lograr la continuidad lógica y la salida o el relevador se energice.

Circuitos de Retención

Estos circuitos son muy utilizados en la lógica de relevadores y son la base para entender una de las instrucciones más utilizadas en la programación de PLC’s, la salida Latch enclavada o de retención.

El propósito de un circuito de retención es el de mantener energizada la salida después de usar un interruptor de acción momentánea como un botón pulsador, con el siguiente diagrama repasaremos el funcionamiento de este tipo de circuitos.

1.- Para encender el motor, el operador presiona el botón de arranque, enviando una señal momentánea al relevador de control L.

2.- La bobina se energiza y los contactos del motor se juntan para encenderlo. Pero ¿CÓMO CONTINUA FUNCIONANDO? La señal es momentánea y si no hay algún circuito adicional, la bobina vuelve a su estado NO ENERGIZADO en cuanto se suelta el botón de arrancar, y el motor se apaga.

Como sabemos, este circuito adicional es un circuito de retención; entonces, el arrancador es energizado cuando se presiona el botón de arrancar. Un contacto auxiliar para mantener el circuito (montado sobre el arrancador), forma un CIRCUITO PARALELO alrededor de los contactos del botón pulsador de arrancar, sosteniendo el arrancador energizado después de que el botón se suelta. Si ocurriera un falla en el circuito de fuerza o se oprimiera el botón de PARAR, el arrancador se abrirá y por consiguiente se abrirá también el contacto auxiliar de sostén. En la restauración del circuito de fuerza el botón de arrancar debe ser actuado otra vez para que el motor nuevamente opere. Este circuito también es llamado control a 3 hilos y este termino surge de la realidad de que en un circuito básico son requeridos al menos 3 hilos para conectar los dispositivos piloto a el arrancador.


Todo el control industrial depende de la habilidad para medir el valor de la variable controlada con exactitud y velocidad, y la mejor forma de medir el valor de la variable controlada es convirtiéndola en alguna clase de señal eléctrica; debido a que se tienen ciertas ventajas sobre las señales mecánicas, como:

a. Se pueden transmitir de un lugar a otro mucho más fácilmente.b. Son más fáciles de amplificar y filtrar.

c. Se pueden manipular fácilmente.

Tomando en cuenta que los sensores son la principal fuente de información, señales o datos de un PLC, comencemos a analizar a cada uno de estos, pero antes de comenzar a estudiar cómo funcionan, cómo se utilizan, cómo se clasifican o cuáles son sus principios de operación, analicemos algunos conceptos importantes.

Una MAGNITUD es una propiedad física susceptible de ser medida.

Ejemplo: Velocidad, Temperatura, Presión, etc.

Existen 6 tipos de magnitudes:

1. Magnitudes Mecánicas, como posición, velocidad, presión, fuerza, etc.2. Magnitudes Eléctricas, como corriente, potencia eléctrica o voltaje, etc.

3. Magnitudes Térmicas, como cantidad de calor, temperatura, etc.

4. Magnitudes Químicas o Moleculares como acidez, concentración, consistencia, etc.

5. Magnitudes Ópticas, como la intensidad luminosa, el color, etc.

6. Magnitudes Magnéticas, como flujo magnético, intensidad de campo, etc.

Actualmente tenemos muy diversos tipos de sensores para medir cualquier variable física como las mencionadas anteriormente; es decir, los sensores son tan diversos como los principios físicos en los que se basan.

MEDIR, es comparar la cantidad de una magnitud con su respectiva unidad, con el fin de averiguar cuántas veces esta unidad, está contenida en esa cantidad.

Existen 2 formas de medir:

Medición Indirecta.- En las medidas indirectas la cantidad de interés se calcula a partir de OTRAS medidas, aplicando la ley que las relaciona. Por ejemplo, para medir la potencia eléctrica utilizamos el producto de la medida del voltaje por la medida de la corriente.

Medición Directa.- En las medidas directas la cantidad de interés se obtiene directamente de los trazos o divisiones de los instrumentos y aparatos de medición. Por ejemplo, para medir la corriente se requiere del Amperimetro.

Tomando en cuenta que una señal es la variación temporal de una magnitud, entonces podremos hablar de la señal asociada a una fuerza, a una velocidad, a una temperatura o una presión, etc.

Un transductor es un dispositivo que convierte la señal que tiene a la entrada (señal procedente de una magnitud física) en una señal de salida de otro tipo ( pero también asociada a una magnitud física), esta señal de salida generalmente es de tipo eléctrico.

En este punto cabe señalar la siguiente diferencia: Por convención un TRANSMISOR provee una señal de salida de corriente, y un TRANSDUCTOR provee una señal de salida de voltaje. Entonces, las señales de salida y de entrada de un transductor son de tipos diferentes pero están relacionadas por una ley que generalmente es de proporcionalidad y dentro del cual


siempre se produce una transformación de energía.

Aunque los transductores pueden tener en su entrada y en su salida cualquier tipo de señal, normalmente solo se usan los transductores que proveen señales eléctricas o que tienen como entrada una señal de tipo eléctrico.

Las siguientes figuras muestran ejemplos de transductores

Fig. a) Medida de un desplazamiento físico utilizando un Transformador Diferencial de variación lineal (LUDT).


Fig. b) Medida de temperatura usando un termistor o un detector resistivo de temperatura.

Un sensor es un dispositivo que proporciona la capacidad de medir cantidades físicas o variables físicas que no pueden ser observadas como señales eléctricas.

CLASIFICACION DE LOS SENSORES

Se han inventado transductores eléctricos para medir prácticamente toda variable física, por lo que el numero de sensores disponibles para las distintas magnitudes físicas es tan elevado que se deben clasificar siguiendo algunos criterios.

Aquí concluye la parte de la semana 1


CLASIFICACION DE LOS SENSORESSe han inventado transductores eléctricos para medir prácticamente toda variable física, por lo que el numero de sensores disponibles para las distintas magnitudes físicas es tan elevado que se deben clasificar siguiendo algunos criterios.

CARACTERÍSTICAS IDEALES DE LOS SENSORES

Las definiciones siguientes, además de formar parte del léxico básico del control y la automatización, son las características mas deseables que queremos obtener de todo sensor, aunque son pocos los sensores que las tienen todas, nos proporcionan una buena idea para seleccionar el sensor mas adecuado a nuestras necesidades.

EXACTITUD Y PRECISION

Cualquier sensor responde a un principio físico, químico o biológico que permite su funcionamiento, es por eso que todo sensor tendrá limitaciones que serán inherentes a sus principios, y una de estas limitaciones es la exactitud, la EXACTITUD es que el valor verdadero de la variable monitoreada, se pueda DETECTAR SIN ERRORES en la medición, por lo tanto esta debe ser tan alta como sea posible. Y la PRECISION significa que en la medición de la variable, existe o no una pequeña variación aleatoria, es decir la precisión regula el margen de imprecisión instrumental; para entenderlo mejor pongamos el siguiente ejemplo, tenemos un sistema para medir temperatura, el cual tiene una precisión de 0.05 °C, cuando este sistema muestra una lectura de 26.8 °C, significa que la temperatura del proceso o ambiente que se esta midiendo está entre 26.75 °C y 26.85 °C. Normalmente la precisión se expresa como un porcentaje de la escala completa y esta asociada al cálculo de la desviación estándar del instrumento. Así entonces esta precisión debe ser lo mas alta posible.

VELOCIDAD DE RESPUESTA

El transductor debe de ser capaz de responder rápidamente a los cambios de la variable que se esta monitoreando o detectando; si la medición tiene una cinética mas lenta que la de la propia variable, tendremos que disponer de sistemas de predicción de este valor, si es que el proceso así lo requiere, y no depender solo del valor instrumental.

CALIBRACIÓN

Debe de ser fácil de calibrar y no debe de necesitar una recalibración frecuente. El término desviación se aplica con frecuencia para indicar la pérdida gradual de exactitud del sensor que se produce con el tiempo y el uso, lo cual hace necesaria su recalibración.

RANGO DE FUNCIONAMIENTO

El sensor debe de tener un rango de funcionamiento amplio y debe de ser preciso y exacto en todo este rango, sabemos que el rango expresa los límites inferior y superior del instrumento, y muchos de éstos, sobretodo los industriales, permiten definir sub rangos. El rango de trabajo mejora resolución pero no necesariamente la sensibilidad.

CONFIABILIDAD

Debe de tener una alta confiabilidad, es decir, no debe de estar sujeto a fallos frecuentes durante su funcionamiento.

COSTO Y FACILIDAD DE OPERACIÓN


El costo para instalar manejar y comprar nuestro sensor debe de adecuarse a nuestro presupuesto, y lo ideal sería que la instalación y el manejo de estos dispositivos no necesite de personal altamente calificado.

Aunque es un poco complicado realizar una clasificación única, debido a la gran cantidad de sensores que existen actualmente, las siguientes son las clasificaciones mas generales y comunes.

I. Un tipo de clasificación muy básico es diferenciar a los sensores entre PASIVOS o ACTIVOS; los sensores activos generan la señal de salida sin la necesidad de una fuente de alimentación externa, mientras que los pasivos si requieren de esta alimentación para poder efectuar su función.

II. Según el tipo de señal que proveen a la salida:

o Todo o nada, son los sensores que solo poseen dos estados, y que, estos estados, únicamente están separados por un valor umbral de la variable monitoreada.

o Digitales, estos sensores proporcionan una señal codificada en pulsos o sistemas como BCD, binario, etcétera.

o Analógicos, estos sensores proporcionan un valor de voltaje o corriente, donde la señal más común utilizada en aplicaciones industriales es un circuito de corriente de 2 hilos y 4-20 mA.

III. Según el tipo de magnitud física a detectar:

a. Medición de temperatura.

Pirómetro ópticoPirómetro de radiación.Termistor.Termopar.

b. Medición de esfuerzos y deformaciones.c. Medición de movimiento.

Grandes distancias: Radar, láser, Ultrasonido, etc.

Distancias pequeñas:

Métodos ópticos.Métodos inductivos (LDT y VDT).Métodos resistivos y capacitivos.

Posición linear o angular:

Codificadores increméntales.Codificadores absolutos.Transductores capacitivos.

d. Sensores de Presencia o Proximidad.

Inductivos.Capacitivos.Fotoeléctricos.De efecto Hall.Radiación.Infrarrojos.


e. Sistemas de visión artificial.

Cámaras CCD.

f. Sensores de humedad y punto de rocío.

Humedad en aire – gases.Humedad en sólidos.Punto de rocío.

g. Sensores de caudal.

De sólidos, líquidos o gases.Presión diferencial.Medidores magnéticos.Medidores por fuerzas de Coriolis.Medidores de área variable.Medidores de desplazamiento positivo.

h. Sensores de nivel.

De líquidos y sólidos.

i. Sensores de presión.j. Sensores de Fuerza y par.

Calibrador de tensión.De array táctil.

k. Sensores de intensidad lumínica.l. Sensores de aceleración.

m. Sensores de velocidad lineal o angular.

n. Sensores táctiles.

Matriz piezoeléctrica, óptica o capacitiva.Matriz de contactos.

Como podemos apreciar, existen sensores para satisfacer cualquier necesidad, y sería muy largo el explicar el funcionamiento de cada uno de ellos, por lo que a lo largo de estos temas explicaremos el funcionamiento de solo algunos de estos, enfocándonos mas a los sensores de presencia o proximidad, y a algunos de temperatura o presión, que son para nuestro fin, los que mas utilizaremos para el estudio y aplicación de los PLC´s.

Las siguientes ilustraciones nos muestran algunas aplicaciones típicas de los sensores de presencia, del tipo fotoeléctrico.


Control de posición de mecanismos.

Control de apertura y cierre de puertas automáticas.

Sistema para detección de objetos.


Control de flujo de objetos.

Sistema para detectar presencia, movimiento, posición o conteo de objetos.


LOS SENSORES FOTOELÉCTRICOSLos sensores o detectores fotoeléctricos, son de los dispositivos mas utilizados en la industria, y en general en cualquier sistema de control automático, es por eso, que es muy recomendable su estudio, así que comencemos a analizarlos mas a fondo.

El objetivo principal de un sensor, es DETECTAR.

Estos sensores logran su objetivo utilizando cualquiera de los siguientes procedimientos: BLOQUEAR o REFLEJAR.

En el procedimiento de BLOQUEO, el objeto que se va a detectar bloquea la luz emitida por el emisor del sensor.

Mientras que en el de REFLEJAR, la luz emitida por el emisor del sensor, es reflejada por el objeto que se esta detectando.


Para estos métodos o procedimientos de detección encontramos 5 SISTEMAS:

En el método de BLOQUEO encontramos el sistema de BARRERA, el REFLEX y el REFLEX POLARIZADO.

Las ventajas que ofrece el sistema de BARRERA son:

LARGO ALCANCE. DETECCIÓN PRECISA Y CONFIABLE.

ADAPTACIÓN A LOS ENTORNOS DIFÍCILES.

La FACILIDAD EN SU INSTALACIÓN, es una de las ventajas que ofrece el sistema REFLEX.


La gran ventaja del sistema REFLEX POLARIZADO es la DETECCIÓN DE OBJETOS BRILLANTES.

En el segundo método que es el de REFLEXIÓN tenemos los últimos 2 sistemas de los 5 existentes.

El sistema de detección por PROXIMIDAD.


Y PROXIMIDAD con BORRADO del PLANO POSTERIOR. El cual tiene la ventaja de DETECTAR los objetos IGNORANDO el plano posterior o la de detectar hasta una CIERTA DISTANCIA dada INDEPENDIENTEMENTE del COLOR del objeto.

Existen 3 tipos de ALIMENTACIÓN :

1.- CORRIENTE ALTERNA


2.- CORRIENTE CONTINUA

3.- CORRIENTE ALTERNA Y CONTINUA


LOS SENSORES FOTOELÉCTRICOS IIContinuamos con algunas de las consideraciones mas importantes que se deben de tener a la hora de elegir un detector o sensor del tipo fotoeléctrico.

Encontraremos 3 GAMAS:

1.- Gama Miniatura

2.- Gama Compacta


3.- Gama Detectores de fibra óptica

Existen 2 TIPOS DE SALIDA:

1.- Salida relé.

Ventajas:

Sus contactos pueden conmutar una buena intensidad de corriente. Instalación fácil.

Una de sus características principales es que su salida puede tener cualquiera de los estados normalmente abierto (NO) o normalmente cerrado (NC).


2.- Salida estática o salida a transistor.

Ventajas:

Larga duración. Conexión directa hacia los PLC´s.

No contienen partes electromecánicas que pudieran deteriorarse.

Entre sus características encontramos que existen 2 versiones, PNP y/o NPN, la elección de cualquiera de estos tipos de salida esta determinada por el tipo o condiciones que tengan los módulos de entrada de los PLC´s.

CARACTERÍSTICAS DE SALIDAExisten dos tipos de funcionamiento en un sensor del tipo fotoeléctrico:


Función a la luz y/o función a la sombra.

Para los sistemas de barrera o sistemas reflex, utilizando la función a la sombra, la salida siempre esta APAGADA mientras que no se detecte algún objeto, es decir, si el sensor esta recibiendo el reflejo de el haz de luz emitido por él mismo, entonces mantendrá su salida desactivada.

Por lo tanto un sensor de este tipo al ser utilizado con función a la luz, mantendrá su salida ENCENDIDA o activa si no esta detectando algo, es decir su salida se apaga al detectar algún objeto.

Estas características cambian si utilizamos un sensor que utilice un sistema de proximidad, es decir, si utilizamos la función a la luz, la salida se ACTIVARA hasta que algún objeto sea detectado.


Y en el caso contrario que es la función a la sombra, la salida se APAGARA cuando el sensor DETECTE algún objeto.

Sabemos que en el sistema REFLEX se utiliza el procedimiento de detección por BLOQUEO, el objeto a detectar bloquea la luz reflejada emitida por el emisor del sensor, así entonces el reflejante es parte importante de este método, y básicamente debemos tener en cuenta los siguientes puntos:

La elección del reflector adecuado; el reflector debe ser mas pequeño que el objeto a detectar.


El posicionamiento o la correcta orientación del sensor con respecto al reflector.

En la siguiente figura observamos un reflector mal orientado, donde el receptor no capta el reflejo del haz de luz proveniente del reflejante.

Un mal centrado del sensor y su reflector puede ocasionar que se tengan lecturas erróneas.

La siguiente ilustración nos muestra en sensor y su reflector bien posicionados.


Para pequeños alcances, los reflectores estándar no funcionan, la explicación de esto la analizaremos después cuando estudiemos los principios de la detección óptica.

Entonces para estos caso debemos de utilizar un reflector con triedros grandes.

Cuando ya hemos encontrado el tipo de sensor mas adecuado a nuestras necesidades, y hemos determinado que tipo de alimentación utiliza, que tipo de salida nos proporciona y cual método de funcionamiento es el apropiado, una vez instalado debemos saber ajustar su sensibilidad o su alcance útil.

AJUSTE DE LA SENSIBILIDAD de un sensor de proximidad.

En un sensor de proximidad estándar debemos de aumentar o ajustar la sensibilidad hasta detectar el objeto deseado.


Si tenemos un objeto menos REFLECTANTE a la misma distancia que el de la figura anterior, el sensor aún con la sensibilidad ajustada no lo va a detectar.


Entonces es necesario aumentar mas la sensibilidad.

Pero ATENCIÓN, si el plano posterior es MAS REFLECTANTE que el objeto.......


Debemos de utilizar un sensor fotoeléctrico de proximidad con borrado del plano posterior.

AJUSTE DEL ALCANCE UTIL de un sensor fotoeléctrico de proximidad con borrado del plano posterior.

Para comenzar, se regula la sensibilidad de manera que no detecte el plano posterior.


Después se verifica la conmutación de la salida del sensor en presencia del objeto a detectar.

Las ventajas que tenemos en este tipo de sensores es que podemos detectar objetos ignorando el plano posterior o detectarlos hasta una cierta distancia dada cualquiera que sea su color.


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