Sensores en la Automatización Industrial

Para las empresas en la actualidad es indispensable un sistema de gestión de equipo y maquinaria con el cual lograr: Ciclos más cortos, mejor control y máxima seguridad de los procesos, así como menores tiempos muertos.

La automatización es casi siempre la solución a estas cuestiones y uno de los aspectos de mayor importancia en el área de Automatización Industrial es el tema de los Sensores, los cuales juegan un rol primordial en el sistema productivo.

Automatizar significa que en un proceso productivo no se cuenta con la participación del ser humano, y solo lo hace para fijar instrucciones ó bien modificarlas.

Con este concepto podemos decir que en una operación controlada de manera automática se llevaran a cabo tres acciones: observar, juzgar y decidir y por ultimo actuar.

Para que un sistema electrónico de control pueda controlar un proceso o producto es necesario que reciba información de la evolución de determinadas variables físicas del mismo, que en su mayoría no son eléctricas (temperatura, presión, nivel, fuerza, posición, velocidad, desplazamiento, …)

En un sistema, el sensar se realiza mediante la utilización de elementos tales como: un micro Switch, un limit Switch ó sensores que pueden ser del tipo óptico, de proximidad, de color ó de cualquier otro tipo de acuerdo a la necesidad de sensado, para controlar el sistema puede utilizar de un nivel básico de elementos tales como: relevadores , temporizadores, contadores o más sofisticados como serían un PLC, Microprocesadores Microcontroladores, así mismo se vale de elementos tales como: motores, solenoides, válvulas y lámparas.

Los sensores en la industria son categorizados de acuerdo a la magnitud que miden, pero también al rol que juegan en el moderno proceso de control de manufactura.

Clasificación de los sensores

- Funcionamiento

       - Activos

       - Pasivos

- Señal eléctrica generada

       - Analógicos

       - Digitales

       - Temporales

- Rango de valores proporcionados

       - De medida

       - Todo-Nada (On-Off)

- Nivel de integración

       - Discretos

       - Integrados

       - Inteligentes

- Variable física medida

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Horómetro Digital

Un Horómetro es un dispositivo que registra el número de horas en que un motor o un equipo, generalmente eléctrico o mecánico ha funcionado desde la última vez que se ha inicializado el dispositivo.

Estos dispositivos son utilizados para controlar las intervenciones de mantenimiento preventivo de los equipos.

Para las operaciones de empresas y variadas situaciones de la vida laboral, el manejo del tiempo es un factor de constante control para diversas situaciones de mantenimiento, prevención y precisión de actividades relacionadas con recursos como son maquinaria, equipos, materiales.

Características

El horómetro digital con programación a diferencia del sin programación tiene un contacto adicional que se activa una vez se cumple el conteo de horas, minutos y segundos configurados.

Este contacto se utiliza para activar una alarma que avise al usuario que ha sucedido el tiempo límite para la labor que es necesaria realizar.

Funcionamiento

El horómetro cuenta con un contador interno de tiempo, el mismo que se va incrementando de acuerdo a la señal de entrada, la cual indica si el equipo se encuentra en funcionamiento o no. 

Esta información es desplegada a través de un visualizador.

Dependiendo del tipo de horómetro y sus funcionalidades puede tener una o varias salidas tipo relé que se activan una vez que se cumpla el conteo de tiempo configurado. 

Estos contactos se utilizan para activar una alarma, visual o auditiva, que avise al usuario que ha sucedido el tiempo límite para la labor que es necesaria realizar. 

El tiempo puede estar expresado en horas, minutos, segundos, dependiendo de la dinámica del sistema y de la necesidad del operario.

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Temporizadores

Un temporizador es un elemento en los cuales se abren o cierran determinados contactos, llamados contactos temporizados, después de cierto tiempo, debidamente preestablecido, de haberse abierto o cerrado su circuito de alimentación.

Los temporizadores se clasifican de acuerdo al retardo:

De conexión: Los contactos se hallas desactivados (abiertos) y después de ser energizada la bobina transcurre el retardo y los contactos se cierran. Cuando la bobina es des energizada los contactos vuelven nuevamente a su posición de reposo pero de manera inmediata.

De desconexión: En este caso, los contactos se hallan desactivados (abiertos), pero al energizar la bobina se cierran inmediatamente; al terminar el retardo se abren nuevamente. Al des energizar la bobina no ocurre nada en los contactos puesto que ya han des energizado.

Hoy en día la bobina es reemplazada con dispositivos electrónicos, terminales A1 y A2 que internamente proporcionan la alimentación al circuito y se les denomina de este modo para no perder la compatibilidad con los relés comunes en los diagramas escalera.

Clases de temporizadores:

• Térmicos: actúan por calentamiento de una lamina bimetalica. El tiempo viene determinado por el curvado de la lámina.
• Neumáticos: Su funcionamiento esta basado en la acción de un fuelle que se comprime al ser accionado por el electroimán del relee.
• De motor síncrono: actúan por medio de un mecanismo de relojería accionado por un pequeño motor, con embrague electromagnético. Al cabo de cierto tiempo de funcionamiento entra en acción el embrague y se produce la apertura o cierre del circuito.
• Electrónicos: el principio básico de este tipo de temporización, es la carga o descarga de un condensador mediante una resistencia. Por lo general se emplean condensadores electrolíticos, siempre que su resistencia de aislamiento sea mayor que la resistencia de descarga: en caso contrario el condensador se descargaría a través de su insuficiente resistencia de aislamiento.

Aplicaciones

En la industria, estos ciclos de tiempo de conexión y desconexión permiten controlar espacios de retardos adecuados para ciertos procesos.

Por ejemplo, cuando una pieza es pintada se emplea un tiempo para lograr el secado completo de la pintura, o bien, si se controla el flujo de líquido a través de una boquilla que llena unas botellas, se puede especificar el tiempo preciso que necesita para que cada botella sea llenada.

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Encoders

¿Qué es un encoder?

Un encoder es un sensor electro-opto-mecánico que unido a un eje, proporciona información de la posición angular. Su fin, es actuar como un dispositivo de realimentación en sistemas de control integrado.

¿Cómo funciona un encoder?

Para explicar cómo funciona un encoder debemos mencionar que un encoder se compone básicamente de un disco conectado a un eje giratorio.

El disco está hecho de vidrio o plástico y se encuentra “codificado” con unas partes transparentes y otras opacas que bloquean el paso de la luz emitida por la fuente de luz (típicamente emisores infrarrojos). En la mayoría de los casos, estas áreas bloqueadas (codificadas) están arregladas en forma radial.

A medida que el eje rota, el emisor infrarrojo emite luz que es recibida por el sensor óptico (o foto-transistor) generando los pulsos digitales a medida que la luz cruza a través del disco o es bloqueada en diferentes secciones de este. Esto produce una secuencia que puede ser usada para controlar el radio de giro, la dirección del movimiento e incluso la velocidad.

Los encoders son utilizados en una infinidad de campos e industrias que van desde maquinas de fax, electro-domésticos de consumo hasta robótica, minería  transporte, maquinaria, aeroespacial y más.

Tipos de encoders

Encoder incremental (Incremental Encoder)

Este tipo de encoder se caracteriza porque determina su posición, contando el numero de impulsos que se generan cuando un rayo de luz, es atravesado por marcas opacas en la superficie de un disco unido al eje.

En el estator hay como mínimo dos pares de foto receptor ópticos, escalados un número entero de pasos más ¼ de paso. Al girar el rotor genera una señal cuadrada, el escalado hace que las señales tengan un desfase de ¼ de periodo si el rotor gira en un sentido y de ¾ si gira en el sentido contrario, lo que se utiliza para discriminar el sentido de giro.

Un simple sistema lógico permite determinar desplazamientos a partir de un origen, a base de contar impulsos de un canal y determinar el sentido de giro a partir del desfase entre los dos canales. Algunos encoders pueden disponer de un canal adicional que genere un pulso por vuelta y la lógica puede dar número de vueltas más fracción de vuelta.

La resolución del encoder depende del número de impulsos por revolución.

Encoder absoluto (Absolute Encoder)

Un encoder absoluto se basa en la información proveída para determinar la posición absoluta en secuencia. Un encoder absoluto ofrece un cogido único para cada posición.

Los encoders absolutos se dividen en dos grupos: los encoders de un solo giro y los encoders absolutos de giro múltiple y su tamaño es pequeño para permitir una integración más simple.

Los encoders absolutos son más comúnmente usados en motores eléctricos de corriente directa sin cepillos (brushless DC motors), en la medicina, la industria del transporte en especial en trenes, en la minería y otras industrias.

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Control todo o nada (ON-OFF)

En procesos en los que no se requiere un control muy preciso, el control dos-posiciones on/off, puede ser el adecuado.

En este tipo de control, el elemento final de control se mueve rápidamente entre una de dos posiciones fijas a la otra, para un valor único de la variable controlada.

Un controlador on-off opera sobre la variable manipulada solo cuando la temperatura cruza la temperatura deseada SP. La salida tiene solo dos estados, completamente activado (on) y completamente desactivado (off). Un estado es usado cuando la temperatura está en cualquier lugar sobre el valor deseado y el otro estado es usado cuando la temperatura está en cualquier punto debajo de la temperatura deseada SP.

Dado que la temperatura debe cruzar la temperatura deseada SP para cambiar el estado de salida, la temperatura del proceso estará continuamente oscilando.

Para evitar dañar los dispositivos de control finales un diferencial on-off o histéresis es agregada a la función del controlador. Esta función requiere que la temperatura exceda la temperatura deseada SP en una cierta cantidad antes de que la salida se desconecte nuevamente. La histéresis evitará vibraciones de la salida si el ruido de pico a pico es menor que la histéresis. La cantidad de histéresis determina la variación mínima de temperatura posible.

Una aplicación podría ser un horno eléctrico

La temperatura aumenta al activar las resistencias calentadoras mediante un contactor, gobernado a su vez por un relé dentro del controlador.

Se activara el mando de calentamiento cuando la temperatura está por debajo de la temperatura deseada SP y se desactiva cuando la temperatura esté por arriba.

Este control no es el más adecuado cuando se desea una temperatura constante y uniforme

Sensores Inductivos

¿Que son?

Los sensores inductivos son interruptores electrónicos que trabajan sin contacto para detectar materiales metálicos ferrosos. Son de gran utilización en la industria, tanto para aplicaciones de posicionamiento como para detectar la presencia o ausencia de objetos metálicos en un determinado contexto.

Partes

Consta de tres partes principales:

- Oscilador

- Circuito de Disparador (Detector)

- Salida

Principio de Operación

Este sensor genera un campo magnético cambiante de alta frecuencia mediante una bobina, la cual forma parte de un circuito en resonancia. Si una pieza de metal entra en la zona del campo magnético cambiante, se generan pérdidas por corrientes circulantes en la pieza. Esto hace que el circuito en resonancia se altere.

Estados de un sensor inductivo

En función de la distancia entre el sensor y el objeto, el primero mantendrá una señal de salida

1.- Objeto a detectar ausente:

• Amplitud de oscilación al máximo, sobre el nivel de operación;
• La salida se mantiene inactiva (OFF).

2.- Objeto a detectar acercándose a la zona de detección:

• Se producen corrientes de Foucault, por tanto hay una “transferencia de energía”;
• El circuito de detección detecta una disminución de la amplitud, la cual cae por debajo del nivel de operación; 
• La salida es activada (ON).

3.- Objeto a detectar se retira de la zona de detección:

• Eliminación de corrientes de Foucault;
• El circuito de detección detecta el incremento de la amplitud de oscilación;
• Como la salida alcanza el nivel de operación, la misma se desactiva (OFF).

Blindaje

Los sensores de proximidad tienen bobinas enrolladas en núcleo de ferrita. Estas pueden ser blindadas o no blindadas. Los sensores no blindados generalmente tienen una mayor distancia de sensado que los sensores blindados.

Características Técnicas

Para la elección de un sensor inductivo se deben tener en cuenta las características que el fabricante nos proporciona

Eléctricas

• Alimentación
• Consumo
• Corriente de Carga Nominal

Mecánicas

• Grado de protección
• Carcasa
• Resistencia a Golpes

De detección

• Histéresis
• Objeto a detectar
• Sensibilidad

Aplicaciones

Las principales aplicaciones de los sensores inductivos son la detección de piezas metálicas.

Debido a su funcionamiento, en el que detecta los objetos sin contacto físico:

• Conteo
• Posición
• Forma

Se recomienda en la industria alimentaria, ya que no interfiere en los productos.

Sensores de proximidad

Un sensor de proximidad es un transductor que detecta objetos o señales que se encuentran cerca del elemento sensor.

Existen varios tipos de sensores de proximidad según el principio físico que utilizan.

Los más comunes son:

Interruptores de posición

El final de carrera o sensor de contacto (también conocido como "interruptor de límite") o limit switch, son dispositivos eléctricos, neumáticos o mecánicos situados al final del recorrido de un elemento móvil, como por ejemplo una cinta transportadora, con el objetivo de enviar señales que puedan modificar el estado de un circuito.

Su uso es muy diverso, empleándose, en general, en todas las máquinas que tengan un movimiento rectilíneo de ida y vuelta o sigan una trayectoria fija, es decir, aquellas que realicen una carrera o recorrido fijo, como por ejemplo ascensores, montacargas, robots, etc.

Capacitivos

La función del detector capacitivo consiste en señalar un cambio de estado, basado en la variación del estímulo de un campo eléctrico. Los sensores capacitivos detectan objetos metálicos, o no metálicos, midiendo el cambio en la capacitancia, la cual depende de la constante dieléctrica del material a detectar, su masa, tamaño, y distancia hasta la superficie sensible del detector.

Se utiliza comúnmente para detectar material no metálico: papel, plástico, madera, etc. ya que funciona como un condensador.

Inductivos

Los sensores inductivos de proximidad han sido diseñados para trabajar generando un campo magnético y detectando las pérdidas de corriente de dicho campo generadas al introducirse en él los objetos de detección férricos y no férricos.

Fotoeléctricos

El circuito de salida utiliza la señal del receptor para amplificarla y adaptarla a una salida que el sistema pueda entender. La señal enviada por el emisor puede ser codificada para distinguirla de otra y así identificar varios sensores a la vez. Esto es muy utilizado en la robótica en casos en que se necesita tener más de un emisor infrarrojo y solo se quiera tener un receptor.

Magnético

Los sensores de proximidad magnéticos son caracterizados por la posibilidad de distancias grandes de la conmutación, disponible de los sensores con dimensiones pequeñas. Detectan los objetos magnéticos (imanes generalmente permanentes) que se utilizan para accionar el proceso de la conmutación.

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Elementos de un sistema de control

Sistema de control de lazo abierto

Es aquel sistema en que solo actúa el proceso sobre la señal de entrada y da como resultado una señal de salida independiente a la señal de entrada, pero basada en la primera. Esto significa que no hay retroalimentación hacia el controlador para que éste pueda ajustar la acción de control. Es decir, la señal de salida no se convierte en señal de entrada para el controlador.

Los elementos de un sistema de control de lazo abierto son:

- Preaccionador

- Actuador

- Planta o Proceso

Sistema de control de lazo cerrado

Son los sistemas en los que la acción de control está en función de la señal de salida. Los sistemas de circuito cerrado usan la retroalimentación desde un resultado final para ajustar la acción de control en consecuencia.

Los elementos de un sistema de control de lazo cerrado son:

- Detector de error

- Regulador

- Preaccionador

- Actuador

- Planta o Proceso

- Transductor

Donde

Señal de referencia o consigna: Es una señal externa de control y, con ella, imponemos el valor deseado en la señal salida.

Señal de salida o respuesta: Es el valor real en cada instante que toma la señal que pretendemos controlar.

Perturbaciones: Las perturbaciones se producen de forma imprevista y provocan una desviación de la señal real respecto de la señal deseada. Pueden ser internas, que dependen del propio sistema como puede ser el envejecimiento de componentes, o externas como, por ejemplo, la apertura de una ventana en un local que se está climatizando.

Comparador o detector de error: Es el dispositivo encargado de comparar el valor de referencia con el valor de la realimentación. El resultado de dicha comparación constituye el error de funcionamiento o desviación de la salida con relación al valor previsto.

Regulador: Es el dispositivo encargado de amplificar y modificar adecuadamente la señal de error que le proporciona el comparador con el fin de que la acción de control sobre el sistema sea más eficaz y presente mejores características de funcionamiento en cuanto a precisión, estabilidad , tiempo de respuesta y sobre oscilaciones. Los reguladores pueden ser de los tipos siguientes: proporcionales (P), proporcional-derivativo (PD), proporcional-integrativo (PI), proporcional-derivativo-integrativo (PID).

Preaccionador: Tiene por finalidad amplificar la señal procedente del regulador para atacar al actuador.

Actuador:  Es el dispositivo de potencia situado en la planta cuyo objeto es entregar energía o realizar un trabajo para mantener el valor de salida en el valor deseado.

Planta o sistema: Es el lugar donde se desea realizar la acción de control.

Transductor: Consiste en un dispositivo capaz de medir en cada instante el valor de la magnitud de salida y proveer una señal proporcional a dicho valor. Normalmente todo transductor consta de dos partes diferenciadas: El captador o sensor, cuya finalidad es captar directamente la magnitud medida (presión, nivel, caudal, temperatura, velocidad, posición, iluminación, etc.;) y El transmisor, que transforma la magnitud vista por el captador en una señal, generalmente eléctrica o neumática, que se enviará al detector de error.

Transductores de Posición, Proximidad y Desplazamiento

- Transductores resistivos

- Transductores Inductivos

- Transductores Capacitivos

- Interruptores Final de carrera

Transductores de Velocidad

- Tacómetros Mecánicos

- Tacómetros Eléctricos

Transductores de Temperatura

- Termorresistencias

- Termistores

- Termopares

- Pirómetros de radiación

Transductores de Presión

- Transductores Mecánicos

- Transductores Electromecánicos

- Transductores de Vacío

Medida de la Iluminación

- Fotorresistencias

- Fotodiodos

- Fototransistores

Elementos del sistema de control

Dispositivos de entrada de órdenes:

- Binarios: Dan ordenes del tipo si/no, verdadero/falso, activado/desactivado. Los principales son pulsadores, interruptores y conmutadores.

- Alfanuméricos: Permiten introducir números y/o letras. Los principales son teclados y preselectores digitales.

Dispositivos de entrada de información:

Son sensores y toman datos de las variables implicadas en el proceso (de estado y salidas) y se las envían a la unidad de control. Hay sensores de temperatura, presión, posición, humedad, etc.

Dispositivos de salida de información:

Son indicadores para los operarios.

- Binarios: pilotos, sirenas, zumbadores, timbres, torretas, luces indicadoras

- Alfanuméricos: displays de 7 segmentos, impresoras, pantallas crt, lcd, tft, etc.

- Analógicos: indicadores de aguja

Controlador:

A partir de la información proporcionada por los dispositivos de entrada (sensores) establece como debe reaccionar el actuador mediante órdenes. Muchas veces se necesita de acondicionadores de señal para adaptar las señales de los sensores a las entradas de los controladores

Control Industrial

Los sistemas de control automático son fundamentales para el manejo de los procesos de producción de las plantas industriales. Está comprobado que el aumento de la productividad está muy relacionado a la automatización de los procesos en la medida que se haga un uso eficiente de los equipos y sistemas asociados. Actualmente la tecnología permite establecer una serie de estrategias de control que eran de difícil implementación hasta hace solamente algunos años atrás, en especial en procesos industriales complejos.

El control automático de procesos es parte del progreso industrial desarrollado durante lo que ahora se conoce como la segunda revolución industrial. El uso intensivo de la ciencia de control automático es producto de una evolución que es consecuencia del uso difundido de las técnicas de medición y control. Su estudio intensivo ha contribuido al reconocimiento universal de sus ventajas.

¿Qué es?

Es aquel que compara el valor de la variable o condición a controlar con un valor deseado y toma una acción de acuerdo con la desviación existente sin que el operario intervenga en absoluto.

Clasificación

Según la información que recibe el sistema de control:

- Sistemas de lazo abierto

- Sistemas de lazo cerrado

Un sistema de control de lazo abierto es aquel en el cual la acción de control es independiente de la salida.

Un sistema de control de lazo cerrado es aquel en el que se mantiene una relación determinada entre la salida y la entrada de referencia, comparándolas y usando el error como medio de control.

Según la naturaleza de las señales que intervienen en el proceso:

- Sistemas Analógicos

- Sistemas Digitales

- Sistemas Híbridos Analógicos-Digitales

Un sistema es analógico cuando las magnitudes de la señal se representan mediante variables continuas. Un sistema analógico contiene dispositivos que manipulan cantidades físicas representadas en forma analógica. En un sistema de este tipo, las cantidades varían sobre un intervalo continuo de valores.

Un sistema digital es cualquier dispositivo destinado a la generación, transmisión, procesamiento o almacenamiento de señales digitales. También un sistema digital es una combinación de dispositivos diseñado para manipular cantidades físicas o información que estén representadas en forma digital; es decir, que sólo puedan tomar valores discretos.

Los sistemas digitales pueden ser de dos tipos:

Sistemas digitales combinacionales: Son aquellos en los que la salida del sistema sólo depende de la entrada presente. Por lo tanto, no necesita módulos de memoria, ya que la salida no depende de entradas previas.

Sistemas digitales secuenciales: La salida depende de la entrada actual y de las entradas anteriores. Esta clase de sistemas necesitan elementos de memoria que recojan la información de la 'historia pasada' del sistema.

Los sistemas híbridos procesan a la vez señales analógicas y digitales.

Según el sistema de producción que se quiere controlar:

- Control de procesos continuos

- Control de procesos discretos

En los procesos continuos la principal fuente de información es la medida de las variables del proceso.

En los procesos discretos adquiere mayor relieve la información procedente del trabajo de las personas.

Según la distribución de los elementos de control:

- Centralizado

- Distribuido

Los sistemas de control centralizado tienen una gran ventaja, que tiene que ver con “Centralizar la información” para luego procesarla.  De ésta manera evitamos, por ejemplo, que la persona que tiene la responsabilidad de garantizar el funcionamiento continuo de una línea de producción “no ande recorriendo toda la planta en busca de la información”, sino que el sistema hace que la información llegue a su oficina o a la gerencia, pudiendo incluso emitir alarmas vía e-mail o SMS.

Básicamente un sistema de control industrial centralizado se compone de 3 módulos que describiremos a continuación:

1.- Autómata programable (PLC)

2.- Ordenador Industrial (PCI)

3.- Sensores (Digitales y Analógicos)

Un Sistema de Control Distribuido o SCD, más conocido por sus siglas en inglés DCS (Distributed Control System), es un sistema de control aplicado a procesos industriales complejos en las grandes industrias como petroquímicas, papeleras, metalúrgicas, centrales de generación, plantas de tratamiento de aguas, incineradoras o la industria farmacéutica.

En este blog abordaremos cada uno de los sistemas de control industrial, sus aplicaciones y algunos ejemplos prácticos, si es de su interés no deje de suscribirse a este blog y dejarnos sus comentarios que con gusto atenderemos.

Control de Nivel

Los controladores de nivel son dispositivos cuya finalidad es la de obtener la garantía de mantener el nivel del liquido o fluido en un rango de variación establecido.

Estos equipos son herramientas muy importantes en lo que son procesos de producción, almacenamiento (ya sea de algún tipo de liquido o de un sólido), etc. 

También se ha visto la necesidad de utilizarlos en automatización de procesos y es que proporcionan mayor precisión en la fabricación de piezas, llenado de envases y en nuestro caso controlar el nivel de un tanque de almacenamiento.

Mantener controlado el nivel del líquido en los diferentes depósitos nos ayuda a obtener información del volumen del líquido así como también el tiempo de llenado

Controles de nivel para tanques de almacenamiento de agua

Los controles del nivel máximo del agua en un tanque de almacenamiento tienen la doble función de garantizar la seguridad de las estructuras y de evitar el desperdicio de agua. El control del nivel máximo se hace mediante un sensor de nivel conectado en alguna forma, ya sea mecánica o electrónica con la operación de una bomba.

Cuando el nivel máximo es alcanzado, el sensor de nivel será cerrado y la bomba se apagara.

El control del nivel mínimo del agua tiene la función de garantizar el buen funcionamiento del sistema evitando la entrada de aire en la tubería que se encuentra aguas abajo del tanque, como por ejemplo en la red de distribución de agua, o en la succión de la o las bombas. En este caso también el sistema está compuesto por un sensor de nivel conectado a la bomba, para aumentar la entrada de agua al tanque.

Cuando el nivel del agua llega al mínimo, el sensor de nivel será abierto, activando la bomba.

Esto permite tener un control automatizado en el llenado y vaciado del tanque. 

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Contadores

Los contadores son sistemas secuenciales con una sola entrada de impulsos a contar, cuyo estado interno en cada instante representa el número de impulsos que se han aplicado.

Los pulsos de entrada pueden ser pulsos de reloj u originarse en una fuente externa y pueden ocurrir a intervalos de tiempo fijos o aleatorios.

El número de salidas limita el máximo número que se puede contar.

Clasificaciones

Según el comportamiento con la señal

• Contadores asincrónicos: son aquellos en los que las entradas de reloj que los gobiernan no actúan simultáneamente en todos los flip-flops sino secuencialmente, es decir, los impulsos a contar no se aplica a las entradas de reloj de todos los flip-flops a la vez, sino generalmente sólo a la del primero, y las entradas de reloj del resto son gobernadas por las salidas del biestable precedente.
• Contadores sincrónicos: son aquellos en los que los impulsos a contar se aplican a todas las entradas de reloj de todos los biestables a la vez.

Según el formato de salida del conteo

• Binario
• BCD (Decimal Codificado en Binario): Cuenta en código decimal desde 0000 a 1001 y de vuelta a 0000. Debido a que se hace el retorno a cero desde 9 y no desde 15 (existe esa posibilidad), el contador BCD no tiene un patrón regular como en una cuenta binaria directa.
• Arbitrario

Según sentido de conteo

• Conteo ascendente ó progresivo.
• Conteo descendente ó regresivo.

Aplicaciones

• Contaje de objetos y sucesos
• División de frecuencia y ampliación de períodos
• Medida de tiempos
• Multiplexado temporal: reparto de tiempos
• Medida de frecuencias

Como ejemplo de las aplicaciones de los contadores les compartimos este video de la serie GE de Hanyoung Nux

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Controladores

Control: Mantener una variable controlada dentro de ciertos rangos previamente establecidos.

¿Qué es un controlador?

Partiendo de la definición anterior de control, decimos que un controlador es aquel instrumento que compara el valor medido con el valor deseado, en base a esta comparación calcula un error y actuar a fin de corregir este error.

Entonces la función del controlador es mantener la variable controlada dentro de los criterios previamente establecidos.

Estas criterios son:

P-Punto de ajuste

X - Desviación

Y - Señal controlada de salida

Conceptos básicos de control

Tenemos que tomar en cuenta que cada proceso tiene una dinámica propia y única. Por lo tanto, cuando en un sistema de control sintonizamos los algoritmos P (Proporcional), I ( Integral) y D (Diferencial) de un Controlador, debemos investigar, probar, medir, calibrar y mantener todo tipo de variables del proceso y sintonizar los parámetros de los algoritmos de control.

Por consiguiente, la sintonización de los parámetros P, I y D debe de realizarse de forma que quede en la forma más perfecta posible con la dinámica del proceso.

Para darnos una idea de la diferencia entre los procesos, tomaremos en cuenta los conceptos de Tiempo Muerto, Constante de Tiempo, Ganancia del Proceso, Ganancia Ultima y Período Último.

Lo que debemos de tomar en cuenta al momento de elegir un controlador es:

Compensación en adelanto

Esta básicamente acelera la respuesta e incrementa la estabilidad del sistema.

Compensación de atraso

Esta puede reducir (pero no eliminar) el error de estado estacionario.

La compensación de atraso-adelanto combina las ventajas de ambas compensaciones dado que posee dos polos y dos ceros. Tal compensación aumenta en dos el orden del sistema, a menos que ocurra una cancelación de polos y ceros en el sistema compensado.

Métodos de Control

Son los modos con los que cuenta un controlador para efectuar la acción de control estos son:

- Dos posiciones

- Dos posiciones con zona diferencial

- Proporcional

- Proporcional con reajuste automático

- Proporcional con reajuste automático y acción derivada

Un controlador de encendido-apagado (controlador binario, de dos posiciones) tiene únicamente dos valores posibles en su salida, dependiendo de la entrada en el controlador.

Un controlador proporcional (P) tiene una salida proporcional a su entrada.

Un controlador derivativo (D) tiene una salida proporcional a la derivada de su entrada.

Un controlador integral (I) tiene una salida proporcional a la integral de su entrada.

Los controladores PD, PI, DI y PID son combinaciones de los controladores, proporcional (P), derivativo (D) e integral (I).

Accionadores y Preaccionadores

¿Qué son los accionadores y preaccionadores?

Un accionador o actuador es el elemento final de control que actúa sobre la variable o elemento final del proceso en respuesta a la señal de mando que recibe.

Tienen la función de participar en la realización física de la tarea.

- Ejecutando o haciendo ejecutar un efecto físico (movimiento)

- Enviando la energía eléctrica hacia un transductor que intervendrá en una transformación física o química.

Un preaccionador permite la amplificación y/o conversión de la señal de control proporcionada por el controlador para el gobierno de la instalación.

Clasificación de actuadores

Según la magnitud controlada:

- Eléctricos: Los motores eléctricos son, actualmente, los más utilizados, debido a que la energía que consumen se puede obtener de forma sencilla y económica, presentan unas buenas prestaciones de par y velocidad, son pequeños y su regulación es fácil.

- Neumáticos:  Son los movidos por aire comprimido. El aire se comprime en un compresor y se envía a pistones ó cilindros de distintos tipos.

- Hidráulicos: Son los movidos por fluido incomprensible, que permite una mayor capacidad de esfuerzos y una más fácil regulación.

Según el tipo de señal de entrada:

- Todo / Nada

- Digital

- Analógico

Los más utilizados en la industria son: Cilindros, motores de CA, motores de CC, etc.

Los preaccionadores más usados son: Relés, contactores, telerruptor, interruptores, válvulas.

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Interruptores de Final de Carrera (Limit switch)

Son sensores de contacto que muestran una señal eléctrica, ante la presencia de un movimiento mecánico.

Son utilizados ampliamente en ambientes industriales para censar la presencia de objetos en una posición específica. Se utilizan en diversas aplicaciones. Pueden determinar la presencia, ausencia, paso y posicionamiento de un objeto.

En un comienzo se los utilizaba para definir el final del recorrido de un objeto, de ahí que se llamen "interruptores de final de carrera"

Diseño

Consta de un accionador unido a una serie de contactos. Cuando un objeto entra en contacto con el accionador, el dispositivo activa (o acciona) los contactos para establecer o interrumpir una conexión eléctrica.

Están compuestos por dos partes: 

un cuerpo donde se encuentran los contactos y una cabeza que detecta el movimiento.

Los interruptores de final de carrera están diseñados con dos tipos de cuerpo: enchufable y no enchufable.

Carcasas Enchufables: la carcasa enchufable se abre por la mitad para acceder al bloque de terminales. Si el interruptor sufre daños o se desgasta, basta con quitar el cuerpo del interruptor con su cabeza y enchufar uno nuevo. No hace falta volver a realizar el cableado.

Internamente pueden contener interruptores normalmente abiertos (NA o NO en inglés), cerrados (NC) o conmutadores dependiendo de la operación que cumplan al ser accionados. Existen los de lengüeta, bisagra, palanca con rodillo, varilla, palanca metálica con muelle, de pulsador, etc.

Componentes Básicos:

Accionador: Es la parte del interruptor que entra en contacto con el objeto que se está detectando. Este tiene 2 posiciones, en reposo y posición de operación o punto de disparo.

• Lateral Rotatorio
• De pulsación lateral o superior.
• De vástago oscilante o bigote de gato.

Cabeza: En la cabeza se encuentra el mecanismo que transforma el movimiento del accionador en movimiento de contacto. Cuando el accionador se mueve correctamente, el mecanismo acciona los contactos del interruptor.

Bloque de contactos: En el bloque de contactos se encuentran los elementos eléctricos de contacto del interruptor. Generalmente hay dos o cuatro pares de contactos.

Bloque de terminales: En el bloque de terminales se encuentran las terminales atornillables. Aquí se realiza la conexión eléctrica (por hilos) entre el interruptor y el resto del circuito de control.

Cuerpo del interruptor: En un interruptor enchufable, el cuerpo del interruptor aloja el bloque de contactos. En un interruptor no enchufable, encontrará el bloque de contactos y el bloque de terminales del interruptor.

Base: En un interruptor enchufable, la base aloja el bloque de terminales. Los interruptores no enchufables no tienen una base aparte.

El sensor emite una señal de Encendido/Apagado. (digital) basándose en la presencia o ausencia del objeto en cuestión.

Tipos de Salida:

Hay dos tipos de salidas: electromecánica y de estado sólido.

Electromecánica

• Relé
• Interruptor

Estado sólido o electrónico

• Transistor
• Transistor de efecto de campo (FET)
• Triac
• Analógico
• Red o bus

El tipo de salida que se elija dependerá de la interface que se haya definido en la aplicación y de los tipos de salida disponibles para el sensor con el que se está trabajando.

Hay que conectarlos en una salida digital ya que solo dan dos valores: abierto o cerrado.

Principio de Funcionamiento

El movimiento mecánico en forma de leva o empujador actúa sobre la palanca o pistón
de accionamiento del interruptor de posición haciendo abrir o cerrar un contacto eléctrico
del interruptor.

Esta señal eléctrica se utiliza para posicionar, contar, parar o iniciar una secuencia

operativa al actuar sobre los elementos de control de la máquina.

Estos sensores tienen dos tipos de funcionamiento: modo positivo y modo negativo. 

En el modo positivoel sensor se activa cuando el elemento a controlar tiene una tara que hace que el eje se eleve y conecte el contacto móvil con el contacto NC. Cuando el muelle (resorte de presión) se rompe el sensor se queda desconectado.

El modo negativoes la inversa del modo anterior, cuando el objeto controlado tiene un saliente que empuje el eje hacia abajo, forzando el resorte de copa y haciendo que se cierre el circuito. En este modo cuando el muelle falla y se rompe permanece activado.

Para asesoría o mayor información contáctenos vía chat desde nuestra página web www.ceiisa.com o vía telefónica (01 81) 8358-0700 y 8358-3700

Tacómetro Digital

Un tacómetro (del griego, tachos = velocidad y metron = medida) es el nombre del dispositivo que se encarga de medir la cantidad de revoluciones (giros) de un eje. 

Al medir el número de revoluciones, también mide la velocidad con que gira el eje y, por extensión, la velocidad con que gira un motor.

Los tacómetros suelen medir las revoluciones por minuto (o, de acuerdo a su sigla, RPM). 

Para que su expresión resulte más sencilla, expresan esta unidad de frecuencia multiplicada por 1.000. Así, el indicador puede expresar números del 1 al 8, por ejemplo.

Son utilizados para llevar un registro de las velocidades del elemento que tengamos en estudio, que nos permita saber si está trabajando en forma adecuada.

Con este tipo de instrumentos evitamos que se detenga la maquinaria, pudiendo hacer un mantenimiento en el momento adecuado. También se puede emplear para conocer distancias recorridas por ruedas, engranes o bandas.

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Sensores Fotoeléctricos (Fotoceldas)

Un sensor fotoeléctrico (u óptico) es un dispositivo electrónico que responde al cambio en la intensidad de la luz.

Este tipo de sensores se componen de 2 piezas, el emisor, que genera la luz, y el receptor, que "ve" la luz.

Trabajan detectando el cambio en la cantidad de luz que, o bien es reflejada, o bien interrumpida por el objeto a detectar (diana). El cambio en el haz de luz puede ser el resultado de la presencia o ausencia de la diana, o el resultado de un cambio en el tamaño, perfil, receptividad o color de dicha diana. El receptor detecta el cambio y conmuta el estado de la salida del sensor, es decir, si es Normalmente Abierto (NA), se cierra y viceversa.

Los sensores fotoeléctricos se utilizan en muchas industrias y aplicaciones que necesiten detectar dianas a distancias inferiores a 5mm (0.2") hasta 250m (820 pies).

Es necesario que la diana provoque un cambio suficiente en el nivel de la luz percibido por el sensor y que el usuario tenga un conocimiento claro de los requisitos de detección.

Antes de escoger el sensor fotoeléctrico para su proceso deberá contestar las siguientes preguntas:

¿Cuales son el tamaño, forma y/u opacidad del objeto a detectar?

¿El objeto a detectar posee cualidades reflectivas?

¿Que tipo de respuesta se le pide al sensor?

¿Que configuración de montaje se requiere para el sensor?

¿Cuál es la frecuencia de operación y qué requisito impone la velocidad de operación al dispositivo de salida?

¿Cuáles son los requisitos de carga, tales como tensión, corriente, impedancia de carga?

¿De qué valores de tensión y corriente de alimentación se dispone para la operación del sensor?

¿Cuál es la temperatura ambiente que rodea el sensor fotoeléctrico?

¿Existen otras condiciones ambientales, tales como suciedad o altos valores de humedad, que sean únicos en el área que rodea al sensor fotoeléctrico?

Existe un gran número de sensores fotoeléctricos para elegir. Cada uno de ellos ofrece una combinación única de características de detección, salida y opciones de montaje. Muchos sensores también ofrecen lógica incorporada o capacidades únicas de conexión en red de dispositivos.

Componentes Básicos

Un sensor fotoeléctrico tiene cuatro componentes básicos:

• Fuente de luz
• Sensor de luz
• Lentes
• Dispositivo de conmutación de salida

Modos de detección

Los diferentes métodos de detección reciben el nombre de modos de detección. Hay tres tipos básicos:

Barrera (emisor-receptor): El objeto se interpone entre el emisor del haz luminoso y el receptor. Si la luz no llega al receptor se produce la acción de conmutación.

Barrera Reflectiva (réflex): Los detectores se denominan réflex, cuando el emisor del haz luminoso y el receptor, están en el mismo cuerpo y el elemento contrario es un reflector o catadióptrico.

Sensor Difuso: Un objeto cualquiera realiza la función de reflector. El emisor y receptor están en el mismo cuerpo. No permiten que la distancia sea elevada. 

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