SENSORESInforman sobre el estadodel proceso a controlar

ACTUADORESCambian alguna

variable que influye en el proceso

CONTROLADORAnaliza las mediciones y elaboraseñales para los actuadores

SENSORES

Los sensores son los elementos que permiten obtenerinformación de lo que sucede en el proceso. Se pueden distinguirdos tipos de sensores, según la información que proporcionan:

Detectores. Son los sensores que proporcionan una salida binaria (activa oinactiva). Los más frecuentes son los detectores de proximidad, quenormalmente detectan la presencia de un objeto, aunque también sonfrecuentes los detectores de nivel, de temperatura o de presión.

Transmisores. Son los sensores que proporcionan una salida continuaproporcional a una magnitud física. Esta salida puede ser analógica (entensión o en corriente), o digital (codificada en binario, o en forma depulsos). Los transmisores se utilizan en los sistemas de control analógico enlos que se controla una variable continua. En automatismos también sonfrecuentes, utilizándose el valor continuo para obtener un valor binariomediante comparación con un limite determinado (i.e. la temperatura essuperior o inferior a 70 ºC).

DETECTORES DE PROXIMIDAD

Los detectores de proximidad son aquellos que se activan odesactivan en función de la presencia o ausencia de un objeto.Se clasifican según el principio físico en que se basan:

Final de carrera (mecánico)Fotoeléctrico (óptico)InductivoCapacitivoMagnéticoUltrasónico

En detectores de final de carrera, la salida es siempre uncontacto que abre o cierra, mientras que el resto de puedentener una salida de contacto (o relé), o bien de otros tipos(transistor o triac, por ejemplo).

FINALES DE CARRERASon interruptores que se abren o cierrandebido al contacto físico del objeto adetectar. Pueden tener un solo contacto, ovarios de ellos. Es habitual que tengan uncontacto normalmente cerrado y otronormalmente abierto.

El elemento de mando con el que el objetocontacta puede ser: pulsador, pulsador conroldana, palanca, palanca con roldana o palancaflexible.

Las salidas pueden ser 0-24 Vcc, 0-24 Vac, 220 Vac.

Se utilizan normalmente para detectar elmovimiento de mecanismos, es decir, paradetectar la posición de una parte móvil de unamáquina, no para detectar objetos (productos).

DETECTORES DE PROXIMIDAD SIN CONTACTOLos detectores de final de carrera son los únicos elementosque necesitan que el objeto a detectar contacte físicamentecon el sensor. Los demás tipos detectan el objeto sin contactofísico. Para estos detectores hay dos particularidadesimportantes:

Características de detección. Se refiere a materiales quepuede detectar, distancia de detección, histéresis. Dependenfundamentalmente del tipo de detector.

Características de la salida y alimentación de energía. Tieneque ver con el tipo de señal de salida que proporcionan(transistor, relé, triac, etc.), frecuencia (o retardo) deconmutación, tensión de alimentación. Esto es general paratodos los detectores de este tipo.

DETECTORES ÓPTICOS O FOTOELÉCTRICOSConstan de un emisor de luz, y un receptor que detecta la luz emitida. Elemisor es un diodo LED, mientras el receptor es un fotodiodo o fototransistor,con la electrónica necesaria de amplificación.

Se utiliza para la detección de todo tipo de objetos.La detección se produce por el cambio en lacantidad de luz recibida por el receptor debido a lapresencia del objeto.

El tipo de luz suele ser infrarroja, aunque endeterminadas aplicaciones se usa también luz roja(cuando se desea que el haz de luz sea visible).

Se pueden distinguir tres tipos de detectoresfotoeléctricos en función de como intervieneel objeto en la modificación de la cantidadde luz recibida: de barrera, reflex y difuso.

DETECTORES ÓPTICOS DE BARRERASe tiene por una parte el emisor y por otra el receptor. En funcionamientonormal el haz emitido llega al receptor. Si se interpone un objeto entre ellosinterrumpiendo el haz de luz, el receptor deja de recibir, y se detecta el objeto.

La detección se produce cuando el objeto es opaco e interrumpe una partesuficiente del haz efectivo (del orden del 50 %). La anchura del haz efectivovaria de unos modelos a otros, y depende de las lentes utilizadas.

Tiene la ventaja de tenermuy largo alcance (lleganhasta 200m). No sonadecuados para objetostranslúcidos .

DETECTORES ÓPTICOS REFLEXEl emisor y el receptor se encuentran integrados en el mismo dispositivo. El hazde luz emitido se refleja en una placa especial reflectora o en el objeto, siendodetectado ese reflejo por el receptor.

Es más barato por tener solo unelemento. Pero el alcance esmenor que el de barrera (aunquepuede ser de varios metros).Puede tener errores de detecciónsi el objeto es brillante.

DETECTORES ÓPTICOS DIFUSOSEn este tipo de detector, el emisor y el receptor están también en el mismodispositivo. Se denomina difuso porque la reflexión en la superficie del objetoes difusa, en general. La distancia de detección es pequeña (menor de unmetro, normalmente).

CARACTERÍSTICAS GENERALES DE

DETECTORES ÓPTICOS

Detección sin contacto

Detección de todo tipo de materiales

Alta velocidad de respuesta

Detección de grandes distancias

Eventualmente puede identificar colores

Alta precisión con objeto pequeños

DETECTORES DE PROXIMIDAD INDUCTIVOSSirven para detectar la presencia de objetos metálicos, tanto ferromagnéticos(como el hierro o acero), como los que no lo son (cobre o aluminio, porejemplo). Se basan en el cambio en la inductancia producido por la presenciadel metal en las proximidades del detector.

Si el objeto es ferromagnético, el cambiode inductancia se debe al aumento de lapermeabilidad magnética del medio porel que se cierran las líneas de campoproducidas por la bobina del detector. Siel metal no es ferromagnético, el cambioen la inductancia se debe a las corrientesde Foucault inducidas en el metal por elcampo generado por la bobina deldetector.

DETECTORES DE PROXIMIDAD INDUCTIVOS

Entre los parámetros a tener en cuenta cuando seelige un detector inductivo se destacan:

Distancia de detecciónHistéresisCurva de detecciónTipo de salidaTiempo de respuestaForma y tamañoRestricciones de montaje

Montajes enrasable y no enrasable

DETECTORES DE PROXIMIDAD CAPACITIVOS

Se basan en la modificación de lacapacidad del sensor debido a lapresencia del objeto. Para que el objetomodifique la capacidad es necesarioque su constante dieléctrica cambierespecto de la del aire. Sirven, portanto, para detectar la presencia detodo tipo de objetos, metálicos y nometálicos, siempre que su constantedieléctrica sea mayor a la del aire.

Cuanto mayor sea esa constantedieléctrica, mayor el tamaño del objetoy menor la distancia al detector, mayorserá el aumento de la capacidad, y portanto más fácil será la detección.

DETECTORES DE PROXIMIDAD CAPACITIVOSLos criterios de selección son similares a las de los inductivos.

Distancia de detecciónHistéresisCurva de detecciónTipo de salidaTiempo de respuestaForma y tamañoRestricciones de montaje

DETECTORES DE PROXIMIDAD ULTRASÓNICOSSirven para detectar todo tipo de objetos. Se basan en laemisión de un ultrasonido, y la recepción del eco producidolos objetos próximos. Suelen tener distancias de detecciónmayores que los otros detectores (incluidos losfotoeléctricos difusos), siendo del orden de un metro.

MATERIAL DISTANCIADETECTOR

RECOMENTADO

Solido

Metálico< 4 cm Inductivo

> 4 cm Fotoeléctrico

No metálico< 4 cm Capacitivo

> 4 cm Fotoeléctrico

Polvo o gránulos

Metálico< 4 cm Inductivo

> 4 cm Ultrasónico

No metálico< 4 cm Capacitivo

> 4 cm Ultrasónico

Líquido

Transparente< 4 cm Capacitivo

> 4 cm Ultrasónico

Opaco< 4 cm Capacitivo

> 4 cm Fotoeléctrico

DETECTORES DE PROXIMIDAD - SELECCIÓN

SENSOR VENTAJAS DESVENTAJAS APLICACIONES

Final de carrera

•Bajo costo•Manejo de alta corriente•Gran difusión

•Requiere contacto físico•Respuesta lenta

•Enclavamiento•Detecciones básicas de final de trayectoria

Foto-eléctrico

•Todo tipo de materiales•Larga vida útil•Rangos estrechos de detección

•Rápida respuesta

•Contaminación de las lentes

•Detección afectada por color y reflIxibilidad del blanco

•Empaques•Manejo de material a granel

•Detección de partes

Inductivo

•Resistente en ambientes difíciles

•Predecible y Larga vida •Fácil de instalar

•Limitación en las distancias

• Industrias y maquinarias•Máquinas herramienta

Capacitivo

•Detecta contenido de recipientes

•Blancos no metálicos

•Muy sensible a condiciones ambientales severas

•Nivel de sólidos, pastas y líquidos

Ultrasónico

•Sensa cualquier material •Performance sensible a cambios de temperatura

•Anti-colisión•Control de Nivel •Puertas

DETECTORES DE PROXIMIDAD - SELECCIÓN

DETECTORES DE VARIABLES CONTINUASAdemás de los detectores de proximidad utilizados para detectar objetos,existen otros que se utilizan en la industria. Los más comunes son:

Temperatura. Existen multitud de sensorespara medir la temperatura. Los másutilizados son: termocupla, resistencia deplatino (Pt100) y termistores.Nivel. Existen diversos sensores para medirel nivel de líquidos en depósitos. Los máscomunes son: capacitivos, de presióndiferencial y de ultrasonidos.Caudal. Se usan de turbina, de presióndiferencial, electromagnético y ultrasónico.Presión. Se basan en medir la fuerzaproducida por el fluido sobre un elementoelástico.Peso: lo común son las celdas de carga.

Temperatura

Presión

Celda de carga

ACTUADORES

Los actuadores son los elementos que convierten las señaleseléctricas del equipo de control en acciones físicas sobre elproceso. Se puede distinguir entre preactuadores y actuadores.

El preactuador es el elemento que actúa deinterfaz, recibiendo como entrada la señaleléctrica y actuando sobre el actuador.Los más utilizados en la industria deprocesos son aquellos que permiten regularel paso de fluidos por un conducto(válvulas, bombas y ventiladores), yaquellos que permiten realizar unmovimiento en objetos que se manipulan oen partes de una maquina (cilindrosneumáticos e hidráulicos, y motoreseléctricos).

ACTUADORES NEUMÁTICOS

Los actuadores neumáticospor excelencia son loscilindros. Éstos se muevenpor acción del airecomprimido que actúa a unode los lados del pistón.

Para que los cilindros actúenes necesario poner a presiónuna parte del cilindro y aescape (al aire) la otra. Estose consigue generalmentemediante electroválvulas,que son los preactuadoresneumáticos por excelencia.

Los actuadores neumáticostienen la gran ventaja de lacomodidad y limpieza delfluido que utilizan.

ACTUADORES ELÉCTRICOS

Los actuadores eléctricos por excelencia son los motores. Los más utilizados son:

Motores de inducción. Son los más económicos. Funcionan con tensión alterna trifásica. Seutilizan, fundamentalmente, para aplicaciones donde se controla la velocidad. Aplicacionestípicas son las cintas transportadoras, ventiladores, bombas, compresores, etc.

Motores brushless. Son los que se han desarrollado más recientemente. Para su conexiónnecesitan un equipo electrónico específico, que puede tener alimentación monofásica o trifásica,aunque el motor en sí es trifásico. Tienen unas características de par/velocidad muy buenas, porlo que se utilizan sobre todo en aplicaciones de control de posición. Su mantenimiento es muchomás simple (no hay escobillas rozantes).

Motores paso a paso. Son motores que avanzan a pasos, es decir, a incrementos angularesdeterminados. Se necesita un equipo de control. específico que es el encargado de alimentar losdevanados del motor, conmutando las fases de la forma adecuada para que el motor avance oretroceda un paso.

Motores de CC. Son los que más se han utilizadohistóricamente para controlar la posición y velocidad de ejesdebido a su excelente característica par/velocidad. Hoy endía están siendo sustituidos por motores de inducción convariadores de frecuencia (para control de velocidad) y pormotores brushless (para control de posición).

Resistencias calefactoras. Se utilizan, sobre todo, en sistemastérmicos para calentar (como hornos, por ejemplo).

ACTUADORES ELÉCTRICOS

Entre los preactuadoreseléctricos se pueden destacar:

Relé. Con un contacto de unrelé se puede conectar odesconectar un motor decontinua o una resistenciacalefactora.

Contactor. Con un contactortrifásico se puede conectar odesconectar directamente unmotor de inducción o tresresistencias calefactoras.Cuando no hay problemas decorrientes de arranque estemétodo puede ser suficientepara conectar o desconectarun motor de inducción.

Con estos dos dispositivos seaísla el circuito de conmutacióndel de potencia.

ACTUADORES ELÉCTRICOS

Entre los preactuadores eléctricos se pueden destacar:

Regulador de alterna. Se trata de un equipo que permite variar latensión (sin variar la frecuencia). Se emplea para regular lapotencia suministrada por una resistencia calefactora.

Arrancador estático. En muchas situaciones prácticas esconveniente limitar la corriente de arranque del motor deinducción, para lo cual se puede utilizar un arrancador estático, queva aumentando progresivamente la tensión que aplica al motorconforme este acelera.

Variador de frecuencia. Es un equipo electrónico de potencia quepermite atacar un motor de inducción con una señal trifásica defrecuencia programable. De esta forma, se logra cambiar avoluntad la velocidad de giro del motor.

Equipo de control de motor brushless. Es similar al variadorde frecuencia pero sirve para atacar motores brushless.

Equipos de control de motores paso a paso

Equipos de control de motores de CC. Permiten atacar almotor de continua con una tensión variable, lo que permitemodificar su velocidad. Pueden tener funciones de control develocidad o posición.

ACTUADORES PARA CONTROL DE FLUIDOS

Las válvulas permiten o impiden el paso del fluido por elconducto gracias al movimiento de un elemento queproduce la obturación. En función de las posiblesposiciones las válvulas se clasifican en:

Válvulas todo/nada (ON/OFF). Pueden estartotalmente abiertas o totalmente cerradas.Requieren por lo tanto una señal binaria (activo oinactivo).

Válvulas proporcionales. Pueden adoptar cualquierposición intermedia entre la apertura completa y elcierre completo. Requieren por lo tanto una señalcontinua (en tensión o en corriente, por ejemplo).Se usan normalmente en control continuo.

Los más importantes son las válvulas (líquidos y para gases), lasbombas (líquidos) y los ventiladores y compresores (gases).

ACTUADORES PARA FLUIDOS

Entre las válvulas ON/OFF se tienetipos:

Electroválvulas. El elementomóvil se mueve por la acción deun campo magnético producidopor una bobina. La apertura ocierre se consigue poniendo entensión o desconectando labobina.

Electroválvulas con piloto.Constan de una pequeñaelectroválvula en el interior queabre un conducto por el que lapresión del propio fluidoproduce el movimiento yapertura de la válvula principal.

Válvulas neumáticas. El elemento móvil esaccionado por un elemento neumático(cabezal de membrana o cilindros con airecomprimido). Se utilizan junto con un pre-actuador que convierte una señal eléctricaen señal neumática.

Válvulas motorizadas. Son aquellas en las que elelemento móvil es accionado por un motoreléctrico. Suelen incorporar el equipoelectrónico para control del motor eléctrico.

ACTUADORES PARA FLUIDOS