Manual Automatas Programables 2

Autómatas Programables

Elementos de un sistema automatizado

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Automatas Programables

Elementos de un sistema automatizado 1

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• Índice

• OBJETIVOS .......................................................................................................... 3

• INTRODUCCIÓN .................................................................................................. 4 2.1. Sensores y captadores ............................................................................... 5

2.1.1. Sensores táctiles ................................................................................... 7 2.1.1.1. Termostatos .................................................................................... 9 2.1.1.2. Presostatos y vacuostatos .............................................................. 9

2.1.2. Sensores de proximidad ..................................................................... 11 2.1.2.1. Sensores de proximidad magnéticos............................................ 14 2.1.2.2. Sensores de proximidad inductivos .............................................. 15 2.1.2.3. Sensores de proximidad capacitivos ............................................ 17 2.1.2.4. Sensores ópticos o fotosensores.................................................. 20 2.1.2.5. Sensores de ultrasonidos ............................................................. 24

2.2. Accionadores y preaccionadores ............................................................ 27 2.2.1. Accionadores ...................................................................................... 27

2.2.1.1. Eléctricos ...................................................................................... 27 2.2.1.2. Neumáticos ................................................................................... 28 2.2.1.3. Hidráulicos .................................................................................... 28

2.2.2. Preaccionadores ................................................................................. 29 2.2.2.1. Eléctricos ...................................................................................... 29 2.2.2.2. Neumáticos ................................................................................... 32 2.2.2.3. Hidráulicos .................................................................................... 33

2.3. Elementos de diálogo hombre-máquina ................................................. 34 2.3.1. Pulsadores .......................................................................................... 34 2.3.2. Selectores manuales ........................................................................... 35 2.3.3. Pilotos ................................................................................................. 35 2.3.4. Visualizadores ..................................................................................... 36 2.3.5. Paneles de operador ........................................................................... 36

• RESUMEN .......................................................................................................... 39



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• Objetivos

• Conocer los detectores de señal más comunes: pulsadores, interruptores, presostatos, termostatos, etc.

• Describir los sensores utilizados en la industria asiduamente: magnéticos, inductivos, capacitivos, ópticos y otros de sumo interés.

• Conocer los distintos accionadores y preaccionadores existentes en el mercado.

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

Formación Abierta


• Introducción

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

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

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

En las entradas conectaremos los pulsadores, con o sin enclavamiento mecánico, presostatos, termostatos y ¡cómo no!, sensores de tipo magnético, inductivo, capacitivo, óptico, etc.

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

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



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2.1. Sensores y captadores La automatización de las instalaciones industriales requiere la existencia de ciertos dispositivos que suplan la acción del operario en los cambios de actuación o de operación. 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 sincronización de las distintas fases operativas del mismo.

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

• Vigilancia de la marcha del proceso en tiempo real, informando al sistema de control de cualquier emergencia o situación anómala, y que éste pueda obrar en consecuencia.

• Vigilancia de la apertura de las defensas de máquinas, 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 sensórica ha avanzado espectacularmente motivado precisamente por las exigencias de la automatización. Hoy por hoy, tenemos la posibilidad de medir - controlar cualquier cosa. Para abarcar y estudiar con detalle todas las posibilidades sería 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 física (presión, temperatura, velocidad, etc.) en una señal eléctrica directamente utilizable por nosotros.

Antes de nada, aclararemos la frase “señal eléctrica directamente utilizable por nosotros”.

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

Formación Abierta


Las señales provenientes de sensores que podremos utilizar directamente serán:

• Señales todo - nada, proporcionadas mediante el cierre y apertura de unos contactos, o por la aplicación de tensión o no mediante elementos electrónicos (un transistor saturado o en corte como salida del sensor). Estas son las señales más ampliamente utilizadas.

• Señales analógicas linealizadas, es decir, aquellas en las que una magnitud física, como por ejemplo una temperatura se corresponden proporcionalmente con una señal eléctrica (tensión o corriente).

Al decir linealizadas, nos referimos a que un incremento en la magnitud física provoca un incremento (o decremento) proporcional en la señal eléctrica.

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

Temperatura en ºC Tensión de salida del sensor

0ºC 0 V

1ºC 0,5 V

2ºC 1 V

3ºC 1.5 V

4ºC 2 V

Esta señal analógica conectada a una entrada analógica del autómata, nos permitirá, mediante la programación pertinente, inferir la temperatura del sistema controlado.

• Señales binarias o numéricas. Cada vez son más los sensores que ofrecen su salida como una combinación binaria, facilitándonos su uso con dispositivos de control como los autómatas.

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

• Sensores táctiles, que requieren contacto físico con el objeto.

• Sensores de proximidad, que no requieren contacto físico con el objeto.



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A continuación, ofrecemos una pincelada de los más usuales, sin entrar en demasiados detalles técnicos, ya que esto sería más propio de un curso de automatismos eléctricos:

2.1.1. Sensores táctiles

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

Finales de carrera y micro interruptores

Son aparatos destinados a controlar la posición de un órgano en una máquina o la posición de la misma máquina.

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

Al actuar una fuerza mecánica 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.

Con vástago de rodillo.

Con anillo para estirar.

Con varilla flexible.

Formación Abierta


Rodillo y palanca sencilla.

Palanca de rodillo.

Figura 2.1. Ejemplos de finales de carrera.

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

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

Básico.

Básico de tipo botón.

De lámina.

Pulsador de rueda.

Con leva de rodillo.

Con rodillo escamoteable.

Figura 2.2. Ejemplo de microinterruptores.



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2.1.1.1. Termostatos

Son aparatos que cierran o abren circuitos en función 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 función de la consigna prefijada.

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 cambiará de posición el contacto, se regula mediante el muelle. El funcionamiento es el siguiente: La presión del vapor interno de la bulba, que aumentará proporcionalmente con la temperatura, actúa sobre una membrana que a través de un pistón abrirá o cerrará los contactos.

2.1.1.2. Presostatos y vacuostatos

Son aparatos que accionan circuitos en función de la presión que actúa sobre una instalación neumática o hidráulica. La función de los vacuostatos es regular depresiones.

Pueden ser de tipo mecánico cuyo principio de funcionamiento es similar al de los termostatos. También existen los presostatos electrónicos que constan de un sensor cerámico piezo-resistivo (resistencia que varía con la presión). Además poseen un display y pueden ser programados mediante teclas.

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Normalmente los presostatos y vacuostatos electrónicos 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 máximo de presión escogido y ajustado en el presostato o el vacuostato para el que la salida eléctrica cambiará de estado cuando la presión sea ascendente.

Punto de consigna bajo

Es el valor de presión mínima escogido y ajustado en el presostato o el vacuostato para el que la salida eléctrica cambiará de estado cuando la presión sea descendente.

Figura 2.4. Ejemplos de presostatos: mecánico y electrónico.

Se utilizan frecuentemente para:

Controlar la puesta en marcha de grupos compresores en función de la presión del depósito.

Asegurarse de la circulación de un fluido lubricante o refrigerador.

Limitar la presión de ciertas máquinas-herramienta provistas de cilindros hidráulicos.

Detener el funcionamiento de una máquina en caso de baja presión.



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Los principales criterios de selección son los siguientes:

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

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

Valor de la presión que se controla.

Entorno.

Tipo de circuito eléctrico, circuito de control (el caso más frecuente), circuito de potencia (presostato de potencia).

2.1.2. Sensores de proximidad

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

La mayoría de los sensores de proximidad nos proporcionan señales todo - nada. Tienen un contacto abierto y otro cerrado en reposo, o nos proporcionan una tensión a su salida cuando realizan la detección (puede ser una tensión positiva o masa en función del sensor usado), que podremos emplear según la aplicación.

Los símbolos de los sensores de proximidad más habituales aparecen a continuación:

1

5

2

BN(1)

BK(4)

BU(3)

6

Formación Abierta


3

BN(1)

BK(4)

BU(3)

7

BN(1)

WH(2)

AV

4

BN(1)

BK(4)

BU(3)

8

Donde:

1. Sensor de proximidad magnético.

2. Sensor de proximidad inductivo.

3. Sensor de proximidad capacitivo.

4. Sensor óptico de barrera (emisor).

5. Sensor óptico de barrera (receptor).

6. Sensor de proximidad óptico en un cuerpo.

7. Sensor de proximidad por ultrasonido.

8. Sensor de proximidad genérico.

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

Tecnología de dos hilos

La tensión de alimentación puede ser corriente continua o alterna. Tienen como ventaja que la conexión es en serie con la carga como los interruptores de posición mecánicos. Como desventajas existe una corriente de fuga (pequeña corriente que circula en estado abierto) y una tensión residual (que se mediría en bornes del detector cuando se encuentra en estado cerrado).



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Tecnología de tres hilos

Estos aparatos constan de dos hilos para la alimentación en corriente continua y un hilo para la transmisión de la señal de salida. Pueden ser de dos tipos:

Tipo PNP: Conmutación sobre la carga del potencial positivo.

Tipo NPN: Conmutación sobre la carga del potencial negativo.

BN

BU

BK

+24 V

0 V

NPN

Tecnología de cuatro hilos

Al igual que los anteriores constan también de dos hilos para la alimentación en corriente continua, pero para la señal tiene uno más. El nuevo hilo (WH) nos da una señal NC (normalmente cerrada). También pueden ser de tipo PNP o NPN.

Para todas estas tecnologías la designación de los terminales del sensor es tal y como sigue:

Conexión del terminal Color Designación Desig. numérica

Alimentación (+) Marrón BN 1

Alimentación (-) Azul BU 3

Salida del sensor (abierta) Negro BK 4

Salida ambivalente Blanco WH 2

Existen de varios tipos, tamaños, marcas y formatos. A continuación mostramos los más comunes.

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2.1.2.1. Sensores de proximidad magnéticos

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

Los de tipo REED tienen las láminas de contacto de material ferromagnético que forman el contacto, siendo este de tipo N.C., N.A. o conmutado, si bien, el contacto más usual es de tipo N.A. Las láminas están selladas dentro de un pequeño tubo de vidrio, con un gas en su interior de naturaleza inerte (Nitrógeno) con el fin de que no se produzcan arcos en la conmutación.

Figura 2.5. Detectores magnéticos tipo Reed.

Si se acerca un campo magnético al sensor las láminas se unen por magnetismo y se produce el contacto eléctrico.

Figura 2.6. Detector magnético tipo Reed. Por gentileza de FESTO

Pneumatics S.A.

Precauciones al realizar el montaje

A la hora de trabajar con detectores magnéticos, se deberán tener en cuenta algunas precauciones...

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



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

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

Por último, y en especial para aplicaciones electroneumáticas, ha de tenerse en cuenta que la potencia de llamada de un relé es de aproximadamente 8 veces el valor de la potencia de mantenimiento. Por este motivo se deberá tomar el valor de la potencia de llamada como valor de cálculo.

Aplicaciones de los detectores Reed

Son muchas las aplicaciones de los detectores magnéticos, pero la más conocida es la detección de la posición de los cilindros neumáticos, tal y como muestra la figura.

Figura 2.7. Aplicación de los detectores magnéticos tipo Reed.

No obstante, estos detectores pueden dar solución a infinidad de procesos de automatización, 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 magnético 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 metálicos no ferrosos, aunque aceptando una disminución en su sensibilidad.

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

Principio de funcionamiento

Básicamente, está compuesto por un oscilador cuyos bobinados componen la cara sensible. Delante de dicha cara se crea un campo magnético alterno.

1. Oscilador.

2. Etapa de tratamiento.

3. Etapa de salida.

Figura 2.9. Composición del detector de proximidad inductivo.

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

Figura 2.10. Esquema de funcionamiento de un detector inductivo.



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

Como características más relevantes, podemos citar que poseen un tiempo de conmutación casi instantáneo, 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 múltiples. A continuación tenemos una pequeña muestra de las mismas:

Detección del émbolo de un cilindro neumático.

Detección de transportadoras metálicas de piezas en una cinta de cadena de producción.

Detección del sentido de giro.

Detección de objetos y formas.

2.1.2.3. Sensores de proximidad capacitivos

Los detectores capacitivos son adecuados para detectar objetos o productos no metálicos de cualquier tipo (papel, vidrio, plástico, líquido, etc.).

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

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

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

Cualquier material cuya constante dieléctrica sea mayor de 2 será detectado. Cuanto menor sea esta constante menor será la distancia de conmutación.

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

Se representa con ε y es el producto de la constante dieléctrica de un dieléctrico, εr, y la permitividad eléctrica del vacío, ε0.

ε = εr•ε0

La constante dieléctrica depende de la naturaleza del material. Para el aire εr es 1.

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

El alcance de los detectores capacitivos, varía notablemente en función de las características del ambiente, de la humedad y temperatura del aire y de la cantidad de polvo en suspensión. Por ello, su utilización no está muy extendida, y su uso se limita a los casos en los que no sea posible aplicar otra tecnología, por ejemplo, con líquidos y materiales granulosos o pulverulentos.

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

Detección de objetos a través de paredes no metálicas de grosor no superior a 4 mm., siempre que el material a detectar tenga una constante dieléctrica superior a 4 veces la de la pared.

Nivel de llenado de contenedores de almacenamiento.

Detección de materiales no metálicos.

Detección de objetos de color mate o negro.

Detección del nivel de líquidos.

Detección del nivel de material a granel.

Supervisión de la rotura de un cable de cobre.



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Ejemplo de aplicación de detección 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 detección del detector 1, comienza la operación de llenado.

2

1

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

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2.1.2.4. Sensores ópticos o fotosensores

Los sensores ópticos están basados en la interceptación o modificación 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 reflexión directa, de barrera luminosa y de retroreflexión. Un caso especial son los fotosensores de fibra óptica.

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

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 óptico.

Sensores de reflexión directa

Suelen disponer el receptor y transformador de señales incorporado en un único alojamiento. Funcionan mediante la emisión de un haz luminoso que es reflejado por el objeto a reconocer y captado por el detector, el cual emite la señal de actuación prevista. La luz emitida es una radiación infrarroja modulada, con lo que se evitan las interferencias debidas a la luz ambiental.

Figura 2.13. Ejemplo de sensor de reflexión directa y esquema de funcionamiento.



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

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

Ejemplos de objetos que puede detectar son láminas 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 instalación más 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, activándose las señales oportunas. Este sistema es más 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 alineación mediante el control de la intensidad del haz luminoso que llega al receptor. Además de cumplir esta función de ayuda, los diodos indican si un exceso de acumulación de suciedad en los componentes ópticos puede llegar a provocar defectos de detección.

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

Sensores de retroreflexión o réflex

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

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Figura 2.15. Sensor refléx y diferentes catadióptricos.

El catadióptrico es un reflector consta de una elevada cantidad de triedros trirrectángulos de reflexión total cuya propiedad consiste en devolver todo rayo luminoso incidente en la misma dirección.

ER

Objeto a detectar

EmisorReflector

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

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

¿Dónde estás cansado de ver sensores de retroreflexión?



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Fotosensores de fibra óptica

En aplicaciones muy específicas pero también muy difundidas, el sensor fotoeléctrico está asociado a fibras ópticas. Gracias a esto se pueden detectar piezas de reducido tamaño y muy próximas. La fibra óptica permite la instalación alejada de los elementos electrónicos de tratamiento.

Figura 2.17. Cabezal de un detector de fibra óptica.

Constan de un amplificador que contiene el emisor y receptor. La luz se transporta desde el punto de detección hasta el amplificador por medio de fibras ópticas que, gracias a su reducido tamaño, pueden integrarse en los emplazamientos más pequeños.

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

La fibra óptica es insensible a las perturbaciones de campo, reduce la necesidad de espacio para los dispositivos ópticos en el punto de aplicación, puede aplicarse con temperaturas ambiente de hasta 250 ºC y también en lugares expuestos a peligro de explosión, o en el seno de líquidos.

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

Se utilizan dos tipos de fibras:

Fibras plásticas:

El corazón de las fibras plásticas consta de un “conductor” único con diámetro de 0,25 a 1 mm.

Actualmente, su uso es muy frecuente debido a:

° La sencillez de su instalación, que puede llevar a cabo el propio usuario sin más herramientas que el cortahílos de corte longitudinal que se suministra con la fibra.

° Su rendimiento, comparable al de la fibra de vidrio.

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Fibras de vidrio:

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

Fibra Funda FibrasFibra Funda Fibras Funda

Figura 2.18. Fibra plástica y fibra de vidrio.

2.1.2.5. Sensores de ultrasonidos

El principio del funcionamiento esta basado, en la emisión y reflexión de ondas acústicas, sobre a detectar. El portador de estas ondas es el aire. El detector mide y evalúa el tiempo que tarda los ultrasonidos desde emisión hasta su recepción.

Figura 2.19. Ejemplos de sensores de ultrasonidos.

Estos detectores están compuestos por tres módulos principales:

Transmisor de ultrasonidos.

Unidad de evaluación.

Etapa de salida.

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

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



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Modos de operación

Hay dos modos básicos de operación: modo opuesto y modo difuso (eco).

En el modo opuesto, un sensor emite la onda de sonido y otro, montado en posición 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.

Modo opuesto

Modo eco

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

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Entre las posibles aplicaciones están las siguientes:

Instalaciones de almacenamiento.

Sistema de transporte.

Industria de la alimentación.

Procesos de metales, vidrios y plásticos.

Supervisión 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 detección selectiva de objetos a través de la zona de conexión.

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 propagación.

Son lentos.

Son más caros que los ópticos.

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

Los sensores ultrasónicos tienen una zona ciega inherente ubicada en la cara de detección. El tamaño 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.



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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. Eléctricos

Los accionadores eléctricos utilizan directamente la energía eléctrica distribuida en las máquinas y toman diferentes formas: motores, resistencias de calentamiento, electroimanes, etc.

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

Motores

Se usan para convertir energía eléctrica en mecánica, permitiéndonos por ejemplo suministrar la energía al cuerpo de una bomba, desplazar una cinta, etc.

Figura 2.21. Ejemplo de motor eléctrico.

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2.2.1.2. Neumáticos

Los accionadores neumáticos utilizan directamente la energía producida por el aire a presión.

El trabajo realizado por un actuador neumático puede ser lineal o rotativo. El movimiento lineal se obtiene por cilindros de émbolo (éstos también proporcionan movimiento rotativo con variedad de ángulos por medio de actuadores del tipo piñón-cremallera). También encontramos actuadores neumáticos de rotación continua (motores neumáticos).

Cilindro estándar. Pinza neumática. Actuador giratorio.

Figura 2.22. Ejemplos de actuadores neumáticos.

Cilindros lineales

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

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.

2.2.1.3. Hidráulicos

Los actuadores hidráulicos utilizan la energía producida por un fluido hidráulico (usualmente aceite) para transformarla en un movimiento. La gama de actuadores hidráulicos es bastante más limitada que la de los neumáticos, pero el principio de funcionamiento y componentes no varía.



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

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

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

Cilindro hidráulico. Motor hidráulico.

Figura 2.23. Ejemplos de actuadores hidráulicos.

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 función de las señales de mando recibidas desde el sistema de control.

2.2.2.1. Eléctricos

Son los encargados de gobernar los motores a través del autómata programable. Son muy utilizados, y los más importantes son:

Contactores

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

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Figura 2.24. Ejemplo de contactor.

Su principal aplicación 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 demás elementos.

Estructura magnética: compuesta a su vez de un circuito magnético 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 móvil del circuito magnético y cierra los contactos asociados.

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

Variadores de velocidad

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

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

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



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T1 T2 T3

R1 R10 +10V AJ D11 D12 D13 D14 CM

STOPRUNFWDREV

AUTOMATICDIRECT

0 100 1.0HP230V 3PH

L1 L2 L3

VI

Terminales para suministro eléctrico

Terminales de control de entradas salidas

Bornes del motor

Display y teclado de configuración

Figura 2.25. Imagen típica de variador de velocidad.

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

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

Los variadores de velocidad electrónicos constan de dos módulos normalmente integrados en una misma envolvente:

Un módulo de control que gestiona el funcionamiento del aparato.

Un módulo de potencia que suministra energía eléctrica 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 producción 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 caída del producto que se transporta, etc.

Formación Abierta


Ascensores y elevadores. Para arranque y parada suaves.

Prensas mecánicas 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. Neumáticos

Electroválvulas

Controla eléctricamente la apertura y cierre de circuitos neumáticos.

Clasificación según su forma de trabajo:

Electroválvulas monoestables: Tienen una única bobina para que la electroválvula cambie de posición, y el retorno se realiza con muelle. Tienen por lo tanto una única posición estable, de ahí que se denominen “monoestables”.

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

Figura 2.26. Imágenes de electroválvulas monoestable y biestable.

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

Sin son monoestables, la salida del autómata asignada a la bobina de la electroválvula deberá estar activa durante todo el tiempo que deba estarlo el cilindro.



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Si son biestables, bastará con enviar un impulso a las bobinas de SET y RESET de la electroválvula para que esta cambie de posición y permanezca en la misma. Por lo tanto no será necesario que las salidas del autómata asignadas a estas bobinas permanezcan activas al mismo tiempo que lo está el cilindro.

2.2.2.3. Hidráulicos

Electroválvulas

Aunque existen muchas similitudes en cuanto a funcionamiento y composición de las válvulas direccionales hidráulicas y neumáticas, cabe destacar que en hidráulica predominan las válvulas de tres posiciones en lugar de las de dos. La tercera corresponde a una posición de reposo en la que se situará si no están alimentadas ninguna de las dos bobinas.

Formación Abierta


2.3. Elementos de diálogo hombre-máquina

De alguna forma tendremos que comunicarle al sistema de control nuestras intenciones con respecto al sistema automatizado, puesto que siempre habrá alguna consigna de operación 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 más frecuencia.

Simple de marcha. Doble marcha + paro. Tipo “seta” de emergencia.

Figura 2.27. Distintos tipos de pulsadores industriales.

Están provistos de contactos de acción instantánea que vuelven a su posición inicial cuando la presión manual sobre el pulsador cesa.

Existen gran variedad de modelos, cuyo color y forma se elegirá en función del empleo final. Algunos integran contactos y piloto de señalización 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 neumático de tiempo que acciona un micro interruptor con un contacto conmutado.

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



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2.3.2. Selectores manuales

De la misma manera que los pulsadores, están provistos de contactos de acción instantánea. Se caracterizan porque el contacto queda en la posición que se ha seleccionado y no cesa hasta que no se actúa otra vez manualmente; entonces los contactos se cierran o abren bruscamente.

De maneta. Cerradura con llave.

Figura 2.28. Ejemplos de selector manual.

Su denominación más empleada es: interruptor con enclavamiento mecánico.

2.3.3. Pilotos

Todos los procesos automatizados tienen algún elemento que indique al hombre el estado en que se encuentra el mismo, o dispositivos que señalizan situaciones de anómalas o de alarma. Los más habituales son los pilotos o indicadores luminosos, y los visualizadores.

La información 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 señalización tienen unos colores definidos para cada uso concreto.

Figura 2.29. Piloto luminoso.

Formación Abierta


2.3.4. Visualizadores

Los visualizadores permiten representar todo tipo de información acerca del funcionamiento del proceso. El uso junto con los autómatas programables hace que la información que recibimos del proceso sea más 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 parámetros en el proceso (por ejemplo variar el valor de un temporizador) y leer diversa información (por ejemplo mensajes de alarmas o defectos).

Figura 2.31. Distintos tipos de paneles de operador.



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La inmensa mayoría 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 táctil que permiten un manejo más intuitivo.



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• Resumen

• Los sensores suplen la acción del operario en los cambios de actuación u operación.

• Un sensor es un dispositivo capaz de convertir una magnitud física en una señal eléctrica directamente utilizable por nosotros. Estas señales son señales todo-nada, señales analógicas linealizadas y señales binarias o numéricas.

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

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

• Dentro de los sensores de proximidad podemos citar los magnéticos, inductivos, capacitivos, ópticos y de ultrasonidos.

• Los accionadores suministran al proceso la fuerza motriz que éste requiere. Los más importantes son los motores eléctricos y los cilindros neumáticos.

• Los preaccionadores proporcionan la potencia necesaria a los accionadores en función de las señales de mando recogidas desde el sistema de control. Las más usuales son los contactores y electroválvulas neumáticas.

• Los elementos de diálogo hombre-máquina permiten el diálogo entre el proceso y el usuario.

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

• Para recibir información del proceso se usan pilotos y visualizadores.

Manual Automatas Programables 2

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