UNIDAD 2 43 PAG

AAUUTTMMAATTAASS PPRROOGGRRAAMMAABBLLEESS

EELLEEMMEENNTTOOSS DDEE UUNN SSIISSTTEEMMAA

AAUUTTOOMMAATTIIZZAADDOO

22

Autmatas Programables

Unidad 2. Elementos de un sistema automatizado. 1

NDICE OBJETIVOS .................................................................................................3 INTRODUCCIN..........................................................................................4 2.1. Sensores y captadores..........................................................................5

2.1.1. Sensores tctiles...............................................................................7 2.1.1.1. Finales de carrera y micro interruptores........................................7 2.1.1.2. Termostatos...................................................................................9 2.1.1.3. Presostatos y vacuostatos...........................................................10

2.1.2. Sensores de proximidad .................................................................12 2.1.2.1. Sensores de proximidad magnticos ..........................................15 2.1.2.2. Sensores de proximidad inductivos.............................................17 2.1.2.3. Sensores de proximidad capacitivos ...........................................19 2.1.2.4. Sensores pticos o fotosensores ................................................22 2.1.2.5. Sensores de ultrasonidos............................................................27

2.2. Accionadores y preaccionadores.......................................................30 2.2.1. Accionadores ..................................................................................30

2.2.1.1. Elctricos .....................................................................................30 2.2.1.2. Neumticos..................................................................................31 2.2.1.3. Hidrulicos...................................................................................32

2.2.2. Preaccionadores .............................................................................33 2.2.2.1. Elctricos .....................................................................................33 2.2.2.2. Neumticos..................................................................................35 2.2.2.3. Hidrulicos...................................................................................36

2.3. Elementos de dilogo hombre-mquina............................................37 2.3.1. Pulsadores ......................................................................................37 2.3.2. Selectores manuales.......................................................................38 2.3.3. Pilotos .............................................................................................38 2.3.4. Visualizadores.................................................................................39 2.3.5. Paneles de operador.......................................................................39

RESUMEN..................................................................................................41



OBJETIVOS

Conocer los detectores de seal ms comunes: pulsadores, interruptores, presostatos, termostatos, etc.

Describir los sensores utilizados en la industria asiduamente: magnticos, inductivos, capacitivos, pticos y otros de sumo inters.

Conocer los distintos accionadores y preaccionadores existentes en el mercado.

Conocer los dispositivos hombre-mquina que se pueden utilizar en un sistema automatizado.

Formacin Abierta


INTRODUCCIN

Hasta ahora hemos visto los procesos industriales de automatizacin. Dentro de estos se encuentran, como es evidente, los distintos elementos que coordinados entre s hacen que el proceso automtico funcione.

En el caso de los autmatas programables, dichos elementos estn conectados en las entradas y salidas de los mismos.

En las salidas pueden ir conectados los contactores, (que intentaremos describir en sus datos ms relevantes de cara a su buen funcionamiento), las electrovlvulas y por supuesto el hermano pequeo: el rel auxiliar, entre otros.

En las entradas conectaremos los pulsadores, con o sin enclavamiento mecnico, presostatos, termostatos y cmo no!, sensores de tipo magntico, inductivo, capacitivo, ptico, etc.

Nuestras salidas se conectarn a los distintos accionadores o preaccionadores, como son pilotos, rles, contactores, etc.

Por su importancia de cara al buen funcionamiento de todo el proceso automtico general, es evidente que necesitamos conocer los elementos que se describen en el presente tema.



2.1. SENSORES Y CAPTADORES

La automatizacin de las instalaciones industriales requiere la existencia de ciertos dispositivos que suplan la accin del operario en los cambios de actuacin o de operacin. Se trata de los sensores, de los que existe una diversidad cada vez mayor debido al avance y perfeccionamiento de los automatismos.

Los sensores desarrollan una serie de funciones de vital importancia en las instalaciones automatizadas. Entre ellas destacamos las siguientes:

Seguimiento del ciclo de funcionamiento, para facilitar la sincronizacin de las distintas fases operativas del mismo.

Reconocimiento de piezas para informar al sistema de control e informacin de este reconocimiento al sistema de control, para que este realice un proceso u otro en funcin del tipo de pieza detectada.

Vigilancia de la marcha del proceso en tiempo real, informando al sistema de control de cualquier emergencia o situacin anmala, y que ste pueda obrar en consecuencia.

Vigilancia de la apertura de las defensas de mquinas, instalaciones, etc. cuando exista la posibilidad de que se ocasionen accidentes. En esencia, detectar situaciones de peligro para el personal, e incrementar la seguridad de las instalaciones.

El campo de la sensrica ha avanzado espectacularmente motivado precisamente por las exigencias de la automatizacin. Hoy por hoy, tenemos la posibilidad de medir - controlar cualquier cosa. Para abarcar y estudiar con detalle todas las posibilidades sera necesario un curso de volumen similar al que tenemos entre manos.

En este tema, entenderemos por sensor a aquel dispositivo capaz de convertir una magnitud fsica (presin, temperatura, velocidad, etc.) en una seal elctrica directamente utilizable por nosotros.

Formacin Abierta


Antes de nada, aclararemos la frase seal elctrica directamente utilizable por nosotros.

El fin ltimo que nos marcamos es el de conectar los sensores al autmata, y es precisamente el hecho de usar un autmata lo que abre las posibilidades enormemente.

Las seales provenientes de sensores que podremos utilizar directamente sern:

Seales todo - nada, proporcionadas mediante el cierre y apertura de unos contactos, o por la aplicacin de tensin o no mediante elementos electrnicos (un transistor saturado o en corte como salida del sensor). Estas son las seales ms ampliamente utilizadas.

Seales analgicas linealizadas, es decir, aquellas en las que una magnitud fsica, como por ejemplo una temperatura se corresponden proporcionalmente con una seal elctrica (tensin o corriente).

Al decir linealizadas, nos referimos a que un incremento en la magnitud fsica provoca un incremento (o decremento) proporcional en la seal elctrica.

En la tabla siguiente, podemos observar como un sensor de temperatura ideal, nos ofrece una tensin proporcional a la temperatura captada, de forma que por cada grado centgrado se incrementa la tensin en medio voltio.

Temperatura en C Tensin de salida del sensor

0C 0 V

1C 0,5 V

2C 1 V

3C 1.5 V

4C 2 V



Esta seal analgica conectada a una entrada analgica del autmata, nos permitir, mediante la programacin pertinente, inferir la temperatura del sistema controlado.

Seales binarias o numricas. Cada vez son ms los sensores que ofrecen su salida como una combinacin binaria, facilitndonos su uso con dispositivos de control como los autmatas.

Hechas estas aclaraciones, dividiremos los sensores en dos grandes grupos, dejando claro que para casi todos ellos habr la posibilidad de encontrarlos en sus versiones todo - nada, analgicos o numricos:

Sensores tctiles, que requieren contacto fsico con el objeto. Sensores de proximidad, que no requieren contacto fsico con el objeto. A continuacin, ofrecemos una pincelada de los ms usuales, sin entrar en demasiados detalles tcnicos, ya que esto sera ms propio de un curso de automatismos elctricos:

2.1.1. SENSORES TCTILES

Los sensores tctiles son los ms utilizados en las instalaciones automatizadas, siendo los ms simples los interruptores final de carrera y los microinterruptores. Su funcin es muy sencilla: abrir o cerrar un circuito o enviar una seal todo nada.

2.1.1.1. FINALES DE CARRERA Y MICRO INTERRUPTORES

Son aparatos destinados a controlar la posicin de un rgano en una mquina o la posicin de la misma mquina.

Su aplicacin va dirigida a la parada o inversin del sentido del desplazamiento por lo que se convierten en rganos de los que depende la seguridad del material y del personal.

Al actuar una fuerza mecnica sobre la parte saliente del interruptor, desplaza los contactos y abre o cierra circuitos.

De acuerdo con el tipo de trabajo a realizar, se eligen para los finales de carrera: los de varilla, bola, rodillo, leva con rodillo, etc.

Formacin Abierta


Con vstago de rodillo

Con anillo para estirar

Rodillo y palanca sencilla

Palanca de rodillo

Con varilla flexible

Figura 2.1. Ejemplos de finales de carrera.

Los microinterruptores tienen un cometido similar a los finales de carrera, y un funcionamiento idntico.

En realidad, podramos hablar de ellos como finales de carrera miniaturizados.



Bsico

Bsico de tipo botn

De lmina

Pulsador de rueda

Con leva de rodillo

Con rodillo escamoteable

Figura 2.2. Ejemplo de microinterruptores.

2.1.1.2. TERMOSTATOS

Son aparatos que cierran o abren circuitos en funcin de la temperatura que les rodee.

Hay que aclarar que el termostato no nos da el valor de la variable de temperatura en cada momento, si no que dispara un contacto en funcin de la consigna prefijada.

Formacin Abierta


Termostato abierto

Termostato activado

Figura 2.3. Imagen de un termostato y esquema de funcionamiento.

En la imagen superior se puede observar un termostato para control de temperaturas de fluidos. La bulba debe ser sumergida en el fluido cuya temperatura se desea controlar. El punto de consigna, es decir la temperatura en la que cambiar de posicin el contacto, se regula mediante el muelle. El funcionamiento es el siguiente: La presin del vapor interno de la bulba, que aumentar proporcionalmente con la temperatura, acta sobre una membrana que a travs de un pistn abrir o cerrar los contactos.

2.1.1.3. PRESOSTATOS Y VACUOSTATOS

Son aparatos que accionan circuitos en funcin de la presin que acta sobre una instalacin neumtica o hidrulica. La funcin de los vacuostatos es regular depresiones.

Pueden ser de tipo mecnico cuyo principio de funcionamiento es similar al de los termostatos. Tambin existen los presostatos electrnicos que constan de un sensor cermico piezo-resistivo (resistencia que vara con la presin). Adems poseen un display y pueden ser programados mediante teclas.

Normalmente los presostatos y vacuostatos electrnicos disponen de dos puntos de consigna, uno alto (PA) y otro bajo (PB) que se pueden regular de forma independiente.



Punto de consigna alto: es el valor mximo de presin escogido y ajustado en el presostato o el vacuostato para el que la salida elctrica cambiar de estado cuando la presin sea ascendente.

Punto de consigna bajo: es el valor de presin mnima escogido y ajustado en el presostato o el vacuostato para el que la salida elctrica cambiar de estado cuando la presin sea descendente.

Figura 2.4. Ejemplos de presostatos: mecnico y electrnico.

Se utilizan frecuentemente para:

Controlar la puesta en marcha de grupos compresores en funcin de la presin del depsito.

Asegurarse de la circulacin de un fluido lubricante o refrigerador.

Limitar la presin de ciertas mquinas-herramienta provistas de cilindros hidrulicos.

Detener el funcionamiento de una mquina en caso de baja presin.

Formacin Abierta


Los principales criterios de seleccin son los siguientes:

Tipo de funcionamiento, vigilancia de un umbral o regulacin entre dos umbrales.

Naturaleza de los fluidos (aceites hidrulicos, agua, aire...).

Valor de la presin que se controla.

Entorno.

Tipo de circuito elctrico, circuito de control (el caso ms frecuente), circuito de potencia (presostato de potencia).

2.1.2. SENSORES DE PROXIMIDAD

Tal y como indicamos previamente, la principal caracterstica de estos sensores es que no requieren contacto fsico con el objeto a detectar.

La mayora de los sensores de proximidad nos proporcionan seales todo - nada. Tienen un contacto abierto y otro cerrado en reposo, o nos proporcionan una tensin a su salida cuando realizan la deteccin (puede ser una tensin positiva o masa en funcin del sensor usado), que podremos emplear segn la aplicacin.

Los smbolos de los sensores de proximidad ms habituales aparecen a continuacin:

1 5

2

6



3

7

4

8

Donde:

1. Sensor de proximidad magntico.

2. Sensor de proximidad inductivo.

3. Sensor de proximidad capacitivo.

4. Sensor ptico de barrera (emisor).

5. Sensor ptico de barrera (receptor).

6. Sensor de proximidad ptico en un cuerpo.

7. Sensor de proximidad por ultrasonido.

8. Sensor de proximidad genrico.

Podemos encontrar estos sensores con tecnologa de dos, tres y cuatro hilos:

Tecnologa de dos hilos

Formacin Abierta


La tensin de alimentacin puede ser corriente continua o alterna. Tienen como ventaja que la conexin es en serie con la carga como los interruptores de posicin mecnicos. Como desventajas existe una corriente de fuga (pequea corriente que circula en estado abierto) y una tensin residual (que se medira en bornes del detector cuando se encuentra en estado cerrado).

Tecnologa de tres hilos

Estos aparatos constan de dos hilos para la alimentacin en corriente continua y un hilo para la transmisin de la seal de salida. Pueden ser de dos tipos:

Tipo PNP: Conmutacin sobre la carga del potencial positivo.

Tipo NPN: Conmutacin sobre la carga del potencial negativo.

Tecnologa de cuatro hilos

BN

BK

WH

BU

+ 24 V

0 V

PNP

BN

BK

WH

BU

+ 24 V

0 V

NPN

Al igual que los anteriores constan tambin de dos hilos para la alimentacin en corriente continua, pero para la seal tiene uno ms. El nuevo hilo (WH) nos da una seal NC (normalmente cerrada). Tambin pueden ser de tipo PNP o NPN.



Para todas estas tecnologas la designacin de los terminales del sensor es tal y como sigue:

Conexin del terminal Color Designacin Desig. numrica

Alimentacin (+) Marrn BN 1

Alimentacin (-) Azul BU 3

Salida del sensor (abierta) Negro BK 4

Salida ambivalente Blanco WH 2

Existen de varios tipos, tamaos, marcas y formatos. A continuacin mostramos los ms comunes.

2.1.2.1. SENSORES DE PROXIMIDAD MAGNTICOS

Este tipo de sensores reaccionan ante los campos magnticos de imanes permanentes, o electroimanes.

Los de tipo REED tienen las lminas de contacto de material ferromagntico que forman el contacto, siendo este de tipo N.C., N.A. o conmutado, si bien, el contacto ms usual es de tipo N.A. Las lminas estn selladas dentro de un pequeo tubo de vidrio, con un gas en su interior de naturaleza inerte (Nitrgeno) con el fin de que no se produzcan arcos en la conmutacin.

Figura 2.5. Detectores magnticos tipo Reed.

Si se acerca un campo magntico al sensor las lminas se unen por magnetismo y se produce el contacto elctrico.

Formacin Abierta


Figura 2.6. Detector magntico tipo Reed. Por gentileza de FESTO Pneumatics S.A.

Precauciones al realizar el montaje

A la hora de trabajar con detectores magnticos, se debern tener en cuenta algunas precauciones...

Este tipo de detectores es altamente influenciable por entornos magnticamente agresivos. Es por ello por lo que, si existen campos magnticos importantes, los detectores Reed debern ser apantallados correspondientemente.

Si el montaje se realiza sobre cilindros neumticos, la distancia entre detectores no deber ser inferior a 60 mm., ya que, de lo contrario, podran producirse conmutaciones no deseadas (falsos contactos). No obstante, se recomienda consultar las caractersticas propias de cada detector dadas por los fabricantes.

En los detectores tipo Reed la corriente de paso debe limitarse al mximo, por lo que se suele realizar un montaje directo a una carga controlada (habitualmente un rel que fije la mxima intensidad de paso por debajo del lmite del detector). Este paso no es preciso en el montaje con PLC.

Por ltimo, y en especial para aplicaciones electroneumticas, ha de tenerse en cuenta que la potencia de llamada de un rel es de aproximadamente 8 veces el valor de la potencia de mantenimiento. Por este motivo se deber tomar el valor de la potencia de llamada como valor de clculo.

Aplicaciones de los detectores Reed

Son muchas las aplicaciones de los detectores magnticos, pero la ms conocida es la deteccin de la posicin de los cilindros neumticos, tal y como muestra la figura.



Figura 2.7. Aplicacin de los detectores magnticos tipo Reed.

No obstante, estos detectores pueden dar solucin a infinidad de procesos de automatizacin, tales como:

Interruptores de puertas.

Posicionado de componentes / materiales.

Mediciones de velocidad.

Sistemas de conteo.

Etc.

2.1.2.2. SENSORES DE PROXIMIDAD INDUCTIVOS

Los sensores inductivos, emiten un campo magntico y aprecian los cambios que los objetos a detectar provocan en el. Estos sensores se aplican especialmente a metales ferrosos, si bien pueden utilizarse con otros objetos metlicos no ferrosos, aunque aceptando una disminucin en su sensibilidad.

Figura 2.8. Detectores inductivos de tipo cilndrico y rectangular. Por gentileza de FESTO Pneumatics S.A.

Formacin Abierta


Principio de funcionamiento

Bsicamente, est compuesto por un oscilador cuyos bobinados componen la cara sensible. Delante de dicha cara se crea un campo magntico alterno.

1 2 3

1. Oscilador.

2. Etapa de tratamiento.

3. Etapa de salida.

Figura 2.9. Composicin del detector de proximidad inductivo.

Al colocar una pantalla metlica en el campo magntico del detector, se producen unas corrientes inductivas que originan una carga adicional que provoca la parada de las oscilaciones. Despus del tratamiento se suministra una seal de salida que corresponde con un contacto de cierre NA, de apertura NC o complementario NA + NC.

Material a detectar

Material a detectar

Figura 2.10. Esquema de funcionamiento de un detector inductivo.

El principal inconveniente de este tipo de sensores es la influencia de las perturbaciones electromagnticas, que pueden alterar el campo generado. Es el caso, por ejemplo, de los soldadores, en los que las corrientes de elevada energa que se desarrollan en los electrodos, producen ondas electromagnticas cuyo campo puede inducir un cambio en el del sensor, similar al creado por una pieza.

Como caractersticas ms relevantes, podemos citar que poseen un tiempo de conmutacin casi instantneo, y que son insensibles a la suciedad.



Generalmente se distinguen dos tipos de sensores inductivos: PNP con salida positiva y NPN con salida negativa.

Aplicaciones de los detectores inductivos

Las aplicaciones industriales de estos sensores son mltiples. A continuacin tenemos una pequea muestra de las mismas:

Deteccin del mbolo de un cilindro neumtico.

Deteccin de transportadoras metlicas de piezas en una cinta de cadena de produccin.

Deteccin del sentido de giro.

Deteccin de objetos y formas.

2.1.2.3. SENSORES DE PROXIMIDAD CAPACITIVOS

Los detectores capacitivos son adecuados para detectar objetos o productos no metlicos de cualquier tipo (papel, vidrio, plstico, lquido, etc.).

Un detector de proximidad capacitivo se compone bsicamente de un oscilador cuyo condensador est formado por 2 electrodos situados en la parte delantera del aparato, una etapa de tratamiento y una seal de salida.

Figura 2.11. Ejemplo de sensor capacitivo y esquema de funcionamiento.

El principio de funcionamiento es similar al de un sensor inductivo, con la diferencia de que aqu se mide el campo elctrico por la proximidad o lejana de un objeto. Cuando se sita en este campo un material conductor o aislante de permitividad superior a 1, se modifica la capacidad de conexin y se bloquean las oscilaciones.

Formacin Abierta


Cualquier material cuya constante dielctrica sea mayor de 2 ser detectado. Cuanto menor sea esta constante menor ser la distancia de conmutacin.

Permitividad: Propiedad de un dielctrico (material aislante) para debilitar las fuerzas electrostticas, por referencia a estas mismas fuerzas cuando se ejercen en el vaco.

Se representa con y es el producto de la constante dielctrica de un dielctrico, r, y la permitividad elctrica del vaco, 0.

= r0

La constante dielctrica depende de la naturaleza del material. Para el aire r es 1.

La sensibilidad de estos sensores suele ajustarse mediante un potencimetro. La mxima distancia de deteccin que puede obtenerse depende de la marca que empleemos, pudiendo llegar a varios cm.

El alcance de los detectores capacitivos, vara notablemente en funcin de las caractersticas del ambiente, de la humedad y temperatura del aire y de la cantidad de polvo en suspensin. Por ello, su utilizacin no est muy extendida, y su uso se limita a los casos en los que no sea posible aplicar otra tecnologa, por ejemplo, con lquidos y materiales granulosos o pulverulentos.

Las aplicaciones de estos sensores pueden ser las siguientes entre otras:

Deteccin de objetos a travs de paredes no metlicas de grosor no superior a 4 mm., siempre que el material a detectar tenga una constante dielctrica superior a 4 veces la de la pared.

Nivel de llenado de contenedores de almacenamiento.

Deteccin de materiales no metlicos.

Deteccin de objetos de color mate o negro.

Deteccin del nivel de lquidos.

Deteccin del nivel de material a granel.

Supervisin de la rotura de un cable de cobre.



Ejemplo de aplicacin de deteccin y llenado de un recipiente: mediante dos sensores.

Una cinta transportadora trae los recipientes para llevar a cabo su llenado. Los detectores 1 (para materiales aislantes) y 2 (para materiales conductores) no se encuentran activados.

Cuando el recipiente entra en la zona de deteccin del detector 1, comienza la operacin de llenado.

El detector 2 detecta el nivel alcanzado y detiene la operacin de llenado.

Formacin Abierta


2.1.2.4. SENSORES PTICOS O FOTOSENSORES

Los sensores pticos estn basados en la interceptacin o modificacin por parte del objeto a detectar, de un haz luminoso que lanza un emisor (diodo electroluminiscente o LED) y es recogido por un elemento receptor (fototransistor). Podemos encontrarlos de tres tipos: de reflexin directa, de barrera luminosa y de retroreflexin. Un caso especial son los fotosensores de fibra ptica.

En la siguiente figura se muestran las distintas partes que componen un sensor ptico.

1. Emisor de luz.

2. Receptor de luz.

3. Etapa de tratamiento.

4. Etapa de salida.

Figura 2.12. Partes de que consta un sensor ptico.

Sensores de reflexin directa.

Suelen disponer el receptor y transformador de seales incorporado en un nico alojamiento. Funcionan mediante la emisin de un haz luminoso que es reflejado por el objeto a reconocer y captado por el detector, el cual emite la seal de actuacin prevista. La luz emitida es una radiacin infrarroja modulada, con lo que se evitan las interferencias debidas a la luz ambiental.

E

Objeto a detectar

R

Figura 2.13. Ejemplo de sensor de reflexin directa y

esquema de funcionamiento.



La distancia de trabajo de este tipo de sensores es variable, aunque son aptos en general para alcances medios. Depende principalmente de la reflexin del objeto. Adems se deber tener cuidado con el fondo, ya que podra reflejar el haz hacia el receptor y dar falsas detecciones.

Sus aplicaciones son mltiples en las instalaciones automatizadas. Por ejemplo pueden usarse en el control de piezas sobre una cinta transportadora, o en la verificacin de la realizacin de determinadas operaciones.

Ejemplos de objetos que puede detectar son lminas transparentes, vidrio claro, etc.

Sensores de barrera luminosa

Las unidades de barrera luminosa trabajan con receptor y emisor en cuerpos separados, lo que conlleva una instalacin ms complicada.

La barrera de luz que estos sensores establecen entre el emisor y el receptor es interrumpida por el objeto que se interpone entre ambos elementos, activndose las seales oportunas. Este sistema es ms seguro para grandes distancias y el que mejor se adapta a condiciones ambientales severas. Algunos modelos pueden llegar a alcanzar distancias de 100 m.

Es necesario alinear cuidadosamente el emisor y el receptor. Ciertos modelos disponen de diodos electroluminiscentes que facilitan la alineacin mediante el control de la intensidad del haz luminoso que llega al receptor. Adems de cumplir esta funcin de ayuda, los diodos indican si un exceso de acumulacin de suciedad en los componentes pticos puede llegar a provocar defectos de deteccin.

Figura 2.14. Esquema de funcionamiento de un sensor de barrera.

Formacin Abierta


Sensores de retroreflexin o rflex

Estos sensores cuentan con emisor y receptor en el mismo cuerpo. El haz luminoso es reflejado por un elemento catadiptrico colocado en el lado opuesto. Si un objeto se coloca entre el sensor y el elemento catadiptrico, se interrumpe el haz detectndose la presencia del objeto.

Figura 2.15. Sensor reflx y diferentes catadiptricos.

El catadiptrico es un reflector consta de una elevada cantidad de triedros trirrectngulos de reflexin total cuya propiedad consiste en devolver todo rayo luminoso incidente en la misma direccin.

ER

Objeto a detectar

Sensor

Reflector

Figura 2.16. Esquema de funcionamiento de un sensor de retroreflexin.

Su funcionamiento es muy similar al de los de barrera luminosa, y la diferencia con respecto a los de reflexin directa es que en aquellos se usa el propio objeto a detectar para realizar la reflexin del haz de luz.



Dnde ests cansado de ver sensores de retroreflexin?

Fotosensores de fibra ptica

En aplicaciones muy especficas pero tambin muy difundidas, el sensor fotoelctrico est asociado a fibras pticas. Gracias a esto se pueden detectar piezas de reducido tamao y muy prximas. La fibra ptica permite la instalacin alejada de los elementos electrnicos de tratamiento.

Figura 2.17. Figura 2.17. Cabezal de un detector de fibra ptica.

Constan de un amplificador que contiene el emisor y receptor. La luz se transporta desde el punto de deteccin hasta el amplificador por medio de fibras pticas que, gracias a su reducido tamao, pueden integrarse en los emplazamientos ms pequeos.

Estos sensores pueden funcionar como dispositivos de barrera y como dispositivos de reflexin.

La fibra ptica es insensible a las perturbaciones de campo, reduce la necesidad de espacio para los dispositivos pticos en el punto de aplicacin, puede aplicarse con temperaturas ambiente de hasta 250 C y tambin en lugares expuestos a peligro de explosin, o en el seno de lquidos.

Su peso limitado y elevada resistencia a las vibraciones y al desgaste, la hacen especialmente apta para la colocacin sobre rganos en movimiento.

Formacin Abierta


Se utilizan dos tipos de fibras:

Las fibras de vidrio, con amplificadores de emisin de infrarrojos.

Las fibras plsticas, con amplificadores que emiten en rojo visible.

Fibra Funda FundaFibras

Figura 2.18. Figura 2.18. Fibra plstica y fibra de vidrio.

Fibras plsticas

El corazn de las fibras plsticas consta de un conductor nico con dimetro de 0,25 a 1 mm.

Actualmente, su uso es muy frecuente debido a:

La sencillez de su instalacin, que puede llevar a cabo el propio usuario sin ms herramientas que el cortahlos de corte longitudinal que se suministra con la fibra.

Su rendimiento, comparable al de la fibra de vidrio.

Fibras de vidrio

El corazn de las fibras de vidrio consta de un haz de hilos de silicio de varias decenas de micras de dimetro. Se utilizan principalmente en ambientes corrosivos, con peligro de deterioro de las fibras plsticas, y en casos de temperatura ambiente elevada.



2.1.2.5. SENSORES DE ULTRASONIDOS

El principio del funcionamiento esta basado, en la emisin y reflexin de ondas acsticas, sobre a detectar. El portador de estas ondas es el aire. El detector mide y evala el tiempo que tarda los ultrasonidos desde emisin hasta su recepcin.

Figura 2.19. Ejemplos de sensores de ultrasonidos.

Estos detectores estn compuestos por tres mdulos principales:

Transmisor de ultrasonidos.

Unidad de evaluacin.

Etapa de salida.

La transmisin de los ultrasonidos, se realiza en una frecuencia no audible entre 30 y 300 Hz.

La unidad de transmisin lleva unos filtros, los cuales comprueban y evalan si el sonido recibido, es realmente el eco de las ondas emitidas.

Modos de operacin

Hay dos modos bsicos de operacin: modo opuesto y modo difuso (eco).

En el modo opuesto, un sensor emite la onda de sonido y otro, montado en posicin opuesta al emisor, recibe la onda de sonido.

En el modo difuso, el mismo sensor emite la onda de sonido y luego escucha el eco que rebota de un objeto.

Formacin Abierta


Modo opuesto Modo eco

Figura 2.20. Modos de aplicacin de los sensores de ultrasonidos.

Entre las posibles aplicaciones estn las siguientes:

Instalaciones de almacenamiento .

Sistema de transporte.

Industria de la alimentacin.

Procesos de metales, vidrios y plsticos.

Supervisin de materiales a granel.

Ventajas

Detecta con seguridad objetos a grandes distancias.

Los objetos a detectar pueden ser solidos, liquidos o en forma de polvo.

El material a detectar puede ser transparente.

Es posible la deteccin selectiva de objetos a travs de la zona de conexin.

Distancia de ecos elegible.

Servicio libre de mantenimiento.

Relativa insensibilidad a la suciedad y el polvo.

Posibiliddad de aplicaciones al aire libre.



Desventajas

El objeto a detectar tiene que estar dispuesto en forma perpendicular al eje de propagacin.

Son lentos.

Son ms caros que los pticos.

Los materiales suaves tales como telas o caucho esponjoso son difciles de detectar porque no reflejan el sonido adecuadamente.

Los sensores ultrasnicos tienen una zona ciega inherente ubicada en la cara de deteccin. El tamao de la zona ciega depende de la frecuencia del sensor. Los objetos ubicados dentro de la zona ciega no se pueden detectar de manera confiable.

Formacin Abierta


2.2. ACCIONADORES Y PREACCIONADORES

2.2.1. ACCIONADORES

Los accionadores son los elementos destinados a mover el proceso automatizado. En definitiva proporcionan al proceso la fuerza motriz para, por ejemplo, mover una bomba, cerrar un molde, etc.

2.2.1.1. ELCTRICOS

Los accionadores elctricos utilizan directamente la energa elctrica distribuida en las mquinas y toman diferentes formas: motores, resistencias de calentamiento, electroimanes, etc.

De ellos los ms importantes y profusamente utilizados son los motores en sus diferentes versiones.

Motores

Se usan para convertir energa elctrica en mecnica, permitindonos por ejemplo suministrar la energa al cuerpo de una bomba, desplazar una cinta, etc.

Figura 2.21. Ejemplo de motor elctrico.



2.2.1.2. NEUMTICOS

Los accionadores neumticos utilizan directamente la energa producida por el aire a presin.

El trabajo realizado por un actuador neumtico puede ser lineal o rotativo. El movimiento lineal se obtiene por cilindros de mbolo (stos tambin proporcionan movimiento rotativo con variedad de ngulos por medio de actuadores del tipo pin-cremallera). Tambin encontramos actuadores neumticos de rotacin continua (motores neumticos).

Cilindro estndar Pinza neumtica Actuador giratorio

Figura 2.22. Ejemplos de actuadores neumticos.

Cilindros lineales

Los cilindros neumticos independientemente de su forma constructiva, representan los actuadores ms comunes que se utilizan en los circuitos neumticos.

Existen dos tipos fundamentales de los cuales derivan construcciones especiales.

Cilindros de simple efecto, con una entrada de aire para producir una carrera de trabajo en un sentido.

Cilindros de doble efecto, con dos entradas de aire para producir carreras de trabajo de salida y retroceso.

Formacin Abierta


2.2.1.3. HIDRULICOS

Los actuadores hidrulicos utilizan la energa producida por un fluido hidrulico (usualmente aceite) para transformarla en un movimiento. La gama de actuadores hidrulicos es bastante ms limitada que la de los neumticos, pero el principio de funcionamiento y componentes no vara.

Al igual que los actuadores neumticos podemos diferenciar dos tipos principalmente:

Actuadores de movimiento rectilineo o lineal: Lo proporcionan los denominados genricamente cilindros, que pueden ser de doble efecto o de simple efecto.

Actuadores de movimiento giratorio: Este movimiento lo ejecutan los motores hidrulicos, que pueden ser de paletas, de pistones o dentados. Existen actuadores que tienen limitada la mecnica de giro.

Cilindro hidrulico Motor hidrulico

Figura 2.23. Ejemplos de actuadores hidrulicos.



2.2.2. PREACCIONADORES

Los preaccionadores se encuentran a caballo entre la parte operativa y la parte de mando. Proporcionan la potencia a los accionadores en funcin de las seales de mando recibidas desde el sistema de control.

2.2.2.1. ELCTRICOS

Son los encargados de gobernar los motores a travs del autmata programable. Son muy utilizados, y los ms importantes son:

Contactores

En un principio y de forma elemental podemos definir el contactor como un interruptor gobernado a distancia que vuelve a la posicin de reposo cuando la fuerza de accionamiento deja de actuar sobre el.

Figura 2.24. Ejemplo de contactor.

Su principal aplicacin es efectuar las maniobras de apertura y cierre de circuitos relacionados con instalaciones de motores.

Constan de los siguientes elementos:

Soporte o chasis: Es el cuerpo aislante en el que van alojados los dems elementos.

Estructura magntica: Compuesta a su vez de un circuito magntico de hierro macizo (para C.C.) o chapas laminadas (en el caso de C.A.) y una bobina. Cuando la bobina es alimentada atrae la parte mvil del circuito magntico y cierra los contactos asociados.

Formacin Abierta


Contactos: Son los encargados de abrir y cerrar el circuito elctrico. Los contactos principales son los encargados de alimentar a los receptores, principalmente motores. Mientras que los auxiliares son utilizados para la realimentacin, sealizacin, etc.

Variadores de velocidad

Cada vez con mayor frecuencia nos enfrentamos a problemas de automatizacin en los que se necesita regular la velocidad de un motor entre ciertos mrgenes.

Los variadores de velocidad como indica su propia denominacin, nos facilitan notablemente este trabajo.

El trabajo conjunto de estos variadores con los autmatas programables nos ofrece un sistema de regulacin de velocidad de motores altamente sofisticado.

Figura 2.25. Imagen tpica de variador de velocidad.

En funcin del tipo de motor usado, los encontraremos para motores de corriente continua de excitacin independiente, o para motores de corriente alterna.

En un porcentaje muy elevado se utilizan variadores para controlar motores de c.a. ya que son ms baratos y permiten una regulacin casi tan precisa como los motores de c.c.



Los variadores de velocidad electrnicos constan de dos mdulos normalmente integrados en una misma envolvente:

Un mdulo de control que gestiona el funcionamiento del aparato.

Un mdulo de potencia que suministra energa elctrica al motor.

Entre la infinidad de las aplicaciones de los variadores de frecuencia podemos destacar como ejemplo las siguientes:

Transportadoras. Controlan y sincronizan la velocidad de produccin de acuerdo al tipo de producto que se transporta, para dosificar, para evitar ruidos y golpes en transporte de botellas y envases, para arrancar suavemente y evitar la cada del producto que se transporta, etc.

Ascensores y elevadores. Para arranque y parada suaves.

Prensas mecnicas y balancines. Se consiguen arranques suaves y mediante velocidades bajas en el inicio de la tarea, se evitan los desperdicios de materiales.

2.2.2.2. NEUMTICOS

Electrovlvulas

Controla elctricamente la apertura y cierre de circuitos neumticos.

Clasificacin segn su forma de trabajo:

Electrovlvulas monoestables: Tienen una nica bobina para que la electrovlvula cambie de posicin, y el retorno se realiza con muelle. Tienen por lo tanto una nica posicin estable, de ah que se denominen monoestables.

Electrovlvulas biestables: Tienen dos bobinas para realizar el paso de una posicin a otra. Una se conoce como bobina de SET y la otra como RESET. Al activar cualquiera de las dos bobinas, la electrovlvula permanecer estable en la posicin alcanzada. Esto significa que posee dos posiciones estables, por lo que la denominamos biestable.

Formacin Abierta


Figura 2.26. Imgenes de electrovlvulas monoestable y biestable.

Teniendo esto en cuenta, a la hora de gobernar un cilindro con el autmata, debemos prestar atencin exclusivamente a si las electrovlvulas que utilizamos son monoestables o biestables.

Sin son monoestables, la salida del autmata asignada a la bobina de la electrovlvula deber estar activa durante todo el tiempo que deba estarlo el cilindro.

Si son biestables, bastar con enviar un impulso a las bobinas de SET y RESET de la electrovlvula para que esta cambie de posicin y permanezca en la misma. Por lo tanto no ser necesario que las salidas del autmata asignadas a estas bobinas permanezcan activas al mismo tiempo que lo est el cilindro.

2.2.2.3. HIDRULICOS

Electrovlvulas

Aunque existen muchas similitudes en cuanto a funcionamiento y composicin de las vlvulas direccionales hidrulicas y neumticas, cabe destacar que en hidrulica predominan las vlvulas de tres posiciones en lugar de las de dos. La tercera corresponde a una posicin de reposo en la que se situar si no estn alimentadas ninguna de las dos bobina.



2.3. ELEMENTOS DE DILOGO HOMBRE-MQUINA

De alguna forma tendremos que comunicarle al sistema de control nuestras intenciones con respecto al sistema automatizado, puesto que siempre habr alguna consigna de operacin proporcionada por el hombre. Para este menester existe una gran diversidad de elementos:

2.3.1. PULSADORES

Es el elemento de mando que se emplea con ms frecuencia.

Simple de marcha Doble marcha + paro

Tipo seta de emergencia

Figura 2.27. Distintos tipos de pulsadores industriales.

Estn provistos de contactos de accin instantnea que vuelven a su posicin inicial cuando la presin manual sobre el pulsador cesa.

Existen gran variedad de modelos, cuyo color y forma se elegir en funcin del empleo final. Algunos integran contactos y piloto de sealizacin en el mismo elemento.

Una variante a estos pulsadores bastante habitual son los pulsadores temporizados en los que los mismos elementos actuadores de los pulsadores se acoplan indistintamente a un dispositivo neumtico de tiempo que acciona un micro interruptor con un contacto conmutado.

La conmutacin de los contactos se efecta instantneamente al actuar sobre el elemento pulsador, pero una vez cesa el impulso, vuelve a su posicin inicial con un periodo de retardo que puede ser regulado entre un segundo y un minuto.

Formacin Abierta


2.3.2. SELECTORES MANUALES

De la misma manera que los pulsadores, estn provistos de contactos de accin instantnea. Se caracterizan porque el contacto queda en la posicin que se ha seleccionado y no cesa hasta que no se acta otra vez manualmente; entonces los contactos se cierran o abren bruscamente.

De maneta Cerradura con llave

Figura 2.28. Ejemplos de selector manual.

Su denominacin ms empleada es: interruptor con enclavamiento mecnico.

2.3.3. PILOTOS

Todos los procesos automatizados tienen algn elemento que indique al hombre el estado en que se encuentra el mismo, o dispositivos que sealizan situaciones de anmalas o de alarma. Los ms habituales son los pilotos o indicadores luminosos, y los visualizadores.

La informacin que nos proporcionan se refiere a situaciones del tipo todo - nada. Como se ha dicho antes pueden estar integrados en pulsadores.

Al igual que los pulsadores los pilotos de sealizacin tienen unos colores definidos para cada uso concreto.



Figura 2.29. Piloto luminoso

2.3.4. VISUALIZADORES

Los visualizadores permiten representar todo tipo de informacin acerca del funcionamiento del proceso. El uso junto con los autmatas programables hace que la informacin que recibimos del proceso sea ms clara y detallada.

Figura 2.30. Diferentes tipos de visualizadores industriales.

2.3.5. PANELES DE OPERADOR

Estos dispositivos permiten actuar directamente sobre el proceso de manera que se puede escribir nuevos parmetros en el proceso (por ejemplo variar el valor de un temporizador) y leer diversa informacin (por ejemplo mensajes de alarmas o defectos).

Formacin Abierta


Figura 2.31. Distintos tipos de paneles de operador.

La inmensa mayora de los paneles de operador utilizan pantallas planas de LCD (Liquid Crystal Display). Suelen ser monocromas o de hasta millones de colores. Existen modelos con teclado para introducir datos y moverse por las pantallas o con pantalla tctil que permiten un manejo ms intuitivo.



RESUMEN

Los sensores suplen la accin del operario en los cambios de actuacin u operacin.

Un sensor es un dispositivo capaz de convertir una magnitud fsica en una seal elctrica directamente utilizable por nosotros. Estas seales son seales todo-nada, seales analgicas linealizadas y seales binarias o numricas.

Los dos grandes grupos en que podemos clasificar los sensores son: sensores tctiles y sensores de proximidad.

Dentro de los sensores tctiles podemos citar los finales de carrera y microinterruptores, junto con termostatos y presostatos.

Dentro de los sensores de proximidad podemos citar los magnticos, inductivos, capacitivos, pticos y de ultrasonidos.

Los accionadores suministran al proceso la fuerza motriz que ste requiere. Los ms importantes son los motores elctricos y los cilindros neumticos.

Los preaccionadores proporcionan la potencia necesaria a los accionadores en funcin de las seales de mando recogidas desde el sistema de control. Las ms usuales son los contactores y electrovlvulas neumticas.

Los elementos de dilogo hombre-mquina permiten el dilogo entre el proceso y el usuario.

Para enviar informacin o consignas al proceso, podemos usar los pulsadores, selectores y teclados.

Para recibir informacin del proceso se usan pilotos y visualizadores.

Documents

UNIDAD 2 43 PAG