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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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 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.

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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