1 Sistemas mecatronicos

TECSUP - PFR

Sistemas Mecatrnicos Industriales

Unidad I

SISTEMAS MECATRNICOS1. DEFINICIN Considere una cmara fotogrfica con enfoque y exposicin automticos. Para tomar una fotografa basta con apuntar hacia el objeto y oprimir un botn. La cmara ajusta el foco y el tiempo de exposicin de manera automtica, de forma que el objeto queda debidamente enfocado y con el tiempo de exposicin correcto. Considere el caso de la suspensin inteligente de un camin. Este tipo de suspensin se ajusta para mantener la plataforma nivelada en caso de cargas distribuidas de manera desigual; tambin se ajusta cuando el camin toma curvas cerradas y cuando va por superficies speras, etc., para mantener un trayecto suave. Y ahora veamos el caso de una lnea de produccin automatizada. En ella se llevan a cabo diversos procesos de produccin, todos de manera automtica, y en la forma y secuencia correctas. La cmara automtica, la suspensin del camin y la lnea de produccin automtica son ejemplos de la fusin de los sistemas de control electrnico y la ingeniera mecnica. En este tipo de sistemas por lo general se emplean microprocesadores para el control y sensores elctricos que obtienen informacin de las entradas y salidas mecnicas, que a travs de los actuadores llegan a los sistemas mecnicos. El trmino mecatrnica es usado para describir la integracin de sistemas de control basados en microprocesadores, sistemas elctricos y sistemas mecnicos. Un sistema mecatrnico no es simplemente la unin de sistemas elctricos y mecnicos, y es ms que un simple sistema de control: Es una integracin completa de todo lo anterior. Actualmente, en el diseo de autos, robots, mquinas-herramienta, lavadoras, cmara y muchos otros dispositivos, se adopta cada vez con mayor frecuencia este enfoque integrado e interdisciplinario para el diseo en ingeniera. A fin de poder disear sistemas que sean de menor costo, ms confiables y flexibles es necesario lograr desde las primeras etapas del proceso de diseo la fusin a travs de las fronteras tradicionales de las ingenieras mecnica, elctrica, electrnica y de control. La mecatrnica adopta un enfoque concurrente participativo entre estas disciplinas en lugar del enfoque secuencial tradicional del desarrollo, por ejemplo, del sistema mecnico, luego el diseo de la parte elctrica y despus la parte del microprocesador. En la mecatrnica se conjugan reas tecnolgicas relacionadas con sensores y sistemas de medicin, sistemas de mando y accionamiento, anlisis del comportamiento de los sistemas, sistemas de control y sistemas de microprocesadores. Lo anterior podra resumir el contenido del presente texto. Este captulo es una introduccin al tema y en l se presentan diversos conceptos bsicos que servirn como marco de referencia para los captulos restantes donde se presentarn los detalles respectivos.

1


TECSUP - PFR

2.

SISTEMAS La mecatrnica trabaja con lo que se conoce como sistemas. Un sistema puede concebirse como una caja con una entrada y una salida y de la cual no nos interesa el contenido, sino la relacin que existe entre la salida y la entrada. Por ejemplo, un motor se podra considerar como un sistema cuya entrada es la alimentacin de energa elctrica y la salida es la rotacin de un eje. En la figura 1.1 se muestra la representacin de un sistema de este tipo.Entrada: Energa elctrica Salida: RotacinFigura 1.1 Ejemplo de un sistema.

Motor

Un sistema de medicin se podra considerar como una caja negra que se utiliza para medir. Su entrada es la magnitud que se desea medir y su salida es el valor correspondiente a dicha magnitud. En el caso de un sistema de medicin de temperatura, como, un termmetro, la entrada es la temperatura y la salida es un nmero que aparece en una escala. En la figura 1.2 se muestra la representacin del sistema anterior.

Entrada: Temperatura

Termmetro

Salida: Nmero en una escala

Figura 1.2 Ejemplo de un sistema de medicin.

Un sistema de control puede considerarse como una caja negra que sirve para controlar la salida de un valor o secuencia de valores determinados. Por ejemplo, la entrada de un sistema de control de calefaccin central domstica correspondera al valor de la temperatura que se desee tener en el interior de una casa; su salida sera mantener la casa a esa temperatura; es decir, se fija en el termostato en el controlador el valor de la temperatura deseada y el horno de calefaccin se ajusta de modo que el agua bombeada a travs de los radiadores produzca la temperatura desead en la casa. La figura 1.3 es una representacin de este sistema.Entrada: Temperatura requeridaFigura 1.3 Ejemplo de un sistema de control.

Sistema de calefaccin central

Salida: Temperatura en el valor establecido

2

TECSUP - PFR


3.

SISTEMAS DE MEDICIN En general, puede decirse que los sistemas de medicin estn formados por tres elementos (como se muestra en la figura 1.4): 1. Un sensor, el cual responde a la cantidad que se mide, dando como salida una seal relacionada con dicha cantidad. Un termopar es un ejemplo de un sensor de temperatura. Su entrada es una temperatura y su salida es una f.e.m. (fuerza electromotriz), la cual se relaciona con el valor de la temperatura respectiva.

Cantidad que se mide Sensor Acondicionador de seal Medio de presentacin visual

Valor de la magnitud

Figura 1.4 Un sistema de medicin y los elementos que lo conforman

2.

Un acondicionador de seal, el cual toma la seal del sensor y la manipula para convertirla a una forma adecuada para su presentacin visual , como en el caso de un sistema de control, para que ejerza una accin de control. Por ejemplo, la salida que produce un termopar es una f.e.m. tan pequea, que debe alimentarse a travs de un amplificador para obtener una seal mayor. El amplificador es el acondicionador de seal. Un sistema de presentacin visual, pantalla display, es donde se despliega la salida producida por el acondicionador de seal. Por ejemplo, una aguja que se mueve a travs de una escala, bien una lectura digital.

3.

Considere el ejemplo de un termmetro digital. En la entrada hay un sensor de temperatura, tal vez un diodo semiconductor. La diferencia de potencial en el sensor, a corriente constante, representa una medida de la temperatura. Mediante un amplificador operacional, se amplifica la diferencia de potencial y se obtiene un voltaje con el cual se puede operar directamente una pantalla. Tanto el sensor como el amplificador operacional pueden estar instalados en el mismo chip de silicio. 4. SISTEMAS DE CONTROL A menos que est enfermo, la temperatura del cuerpo humano es casi constante, independientemente de que se encuentre en un ambiente fro caliente. Para poder mantener este valor de temperatura constante, el cuerpo cuenta con un sistema de control de temperatura. Si la temperatura del cuerpo empieza a rebasar el valor normal, suda; si disminuye, tiene escalofros. Ambos mecanismos

3


TECSUP - PFR

sirven para restaurar la temperatura a su valor normal. El sistema de control mantiene constante la temperatura. Este sistema recibe una entrada enviada por sensores que le dicen cul es la temperatura y compara estos datos con el valor que debe tener; a continuacin produce la respuesta adecuada a fin de lograr la temperatura requerida. El anterior es un ejemplo de control por retroalimentacin; las seales de salida regresan como entrada para modificar la reaccin del cuerpo a fin de restaurar la temperatura a su valor normal. En un control por retroalimentacin, el sistema de control compara la salida real retroalimentada con el valor que se requiere y ajusta a su salida de acuerdo con el resultado. En la figura 1.5 se ilustra este sistema de control por retroalimentacin.Temperatura requerida Sistema de control de temperatura del cuerpo Temperatura del cuerpo

Retroalimentacin de datos sobre la temperatura realFigura 1.5 Control por retroalimentacin de temperatura.

Una manera de controlar la temperatura de una casa con calefaccin central sera que una persona con un termmetro estuviera cerca del interruptor de apagado/encendido del horno de calefaccin y encendiera o apagara el interruptor, dependiendo del resultado de la lectura del termmetro. La anterior es una forma burda de control por retroalimentacin, con un ser humano como elemento de control. El trmino retroalimentacin se usa porque las seales se retroalimentan desde la salida para modificar la entrada. El sistema de control por retroalimentacin ms comn tiene un termostato o controlador, el cual automticamente enciende o apaga el horno, segn la diferencia entre la temperatura predeterminada y la temperatura real (figura 1.6). Este sistema de control permite mantener una temperatura constante.

Figura 1.6 Control por retroalimentacin de la temperatura ambiente.

4

TECSUP - PFR


Si alguien desea tomar un lpiz que est sobre una banca, debe recurrir a un sistema de control para garantizar que la mano llegue hasta el lpiz y lo tome. Para ello, la persona observa la posicin de su mano en relacin con el lpiz, hace los ajustes necesarios de posicin al moverla hacia el lpiz. Se tiene una retroalimentacin de informacin relativa a la posicin real de la mano, para poder modificar sus reacciones y lograr los movimientos y posicin de la mano requeridos (figura 1.7). Mediante este sistema de control se regula la posicin y el movimiento de la mano.Posicin requerida de la mano La mano avanzando hacia el lpiz

Sistema de control para la posicin y el movimiento de la mano

Retroalimentacin de los datos sobre la posicinFigura 1.7 Control por retroalimentacin para tomar un lpiz.

Los sistemas de control por retroalimentacin estn presentes en todas partes, no slo en la naturaleza y el hogar, sino tambin en la industria. Son muchos los procesos y mquinas industriales que requieren control, ya sea humano o automtico. Por ejemplo, existen procesos en donde la temperatura, el nivel de un lquido, e fluidos, la presin, etctera, se mantienen constantes. Hay procesos qumicos en los que es necesario mantener el lquido de un tanque a un nivel o temperatura determinados. Existen sistemas de control en los que es necesario colocar en cierta posicin una parte mvil, de manera precisa y constante, o bien mantener una velocidad constante. Sera el caso, de un motor diseado para funcionar a velocidad constante; o de una operacin de maquinado, en la cual la .velocidad y operacin de una herramienta se controlan de manera automtica. 4.1. SISTEMAS EN LAZO CERRADO Y LAZO ABIERTO Existen dos tipos bsicos de sistema de control: el de lazo abierto y el de lazo cerrado. La diferencia entre ellos se ilustrar con un ejemplo sencillo. Considere un calentador elctrico que cuenta con un interruptor que permite elegir entre un elemento de 1 kW o de 2 kW. Si una persona utilizara el elemento de calefaccin para calentar una habitacin, bastara con poner el interruptor en la posicin de 1 kW si no desea una temperatura muy elevada. La habitacin se calentar y alcanzar una temperatura definida slo por la eleccin del elemento de 1 kW, no el de 2 kW. Si se producen cambios en las condiciones, quizs si alguien abre una ventana, no hay forma de ajustar el calor para compensar el fro. Este es un ejemplo de control en lazo abierto, ya que no se retroalimenta la informacin al elemento para ajustarlo y mantenerlos a una temperatura constante. El sistema de calefaccin y su elemento calefactor5


TECSUP - PFR

se pueden convertir en un sistema de ciclo cerrado si la persona que tiene el termmetro enciende y apaga los elementos de 1 kW y 2 kW, dependiendo de la diferencia entre la temperatura real y la temperatura deseada para mantener constante la temperatura de la habitacin. En este caso existe una retroalimentacin, la entrada del sistema se ajusta segn si su salida corresponde a la temperatura requerida. Esto significa que la entrada del interruptor depende de la desviacin de la temperatura real respecto a la temperatura deseada; la diferencia entre ambas se obtiene mediante un elemento de comparacin, que en este caso es la persona. En la figura 1.8 se ilustran ambos sistemas. Para ilustrar an ms las diferencias entre los sistemas en lazo abierto y cerrado, considere un motor. Con un sistema en lazo abierto, la velocidad de rotacin del eje est determinada slo por el ajuste inicial de una perilla que afecta el voltaje aplicado al motor. Cualquier cambio en el voltaje de la alimentacin, o en las caractersticas del motor como consecuencia de cambios en la temperatura, o bien en la carga del eje, cambiar su velocidad, pero sin compensar dicho cambio. No existe retroalimentacin. En el caso de un sistema en lazo cerrado, el ajuste inicial de la perilla de control corresponde a cierta velocidad del eje, que se mantendr constante mediante la retroalimentacin, independientemente de los cambios en el voltaje de alimentacin, las caractersticas del motor o la carga. En un sistema en lazo abierto, la salida del sistema no tiene efecto en la seal de entrada. En un sistema de control en lazo cerrado, la salida s tiene efecto en la seal de entrada, modificndola para mantener la seal de salida en el valor requerido.Entrada, decisin de encender apagar Entrada, temperatura deseada

Interruptor

Alimentacin elctrica

Calentador elctrico

Salida, cambio de temperatura

a) Interruptor Seal de desviacin Alimentacin elctrica Calentador elctrico

Salida, temperatura constante

Retroalimentacin de seal de temperatura

Dispositivo de medicin

b) Figura 1.8 Calefaccin de una habitacin: a) Sistema en lazo abierto; b) Sistema en lazo cerrado.

Los sistemas en lazo abierto tienen la ventaja de ser relativamente sencillos, por lo que su costo es bajo y en general su confiabilidad es buena. Sin embargo, con frecuencia son imprecisos ya que no hay

6

TECSUP - PFR


correccin de errores. Los sistemas en lazo cerrado tienen la ventaja de ser bastante precisos para igualar el valor real y el deseado. Pero son ms complejos y, por lo tanto, ms costosos y con mayor probabilidad de descomposturas debido a la mayor cantidad de componentes. 4.2. ELEMENTOS BSICOS DE UN SISTEMA EN LAZO CERRADO En la siguiente figura se muestra la configuracin general de un sistema bsico en lazo cerrado. Consta de los siguientes elementos:

Figura 1.9 Elementos de un sistema de control en lazo cerrado.

1.

Elemento de comparacin Compara el valor deseado o de referencia de la condicin variable que se controla con el valor medido de lo que se produce y genera una seal de error. Se le puede considerar como un sumador que aade la seal de referencia, positiva, a la seal del valor medido, que en este caso es negativa: Seal de error = seal del valor de referencia - seal del valor medido En general, el smbolo utilizado para representar un elemento en el que se suman las seales es un crculo dividido; cada entrada va a un segmento. Como todas las entradas se suman, la entrada de la retroalimentacin se indica como negativa y la seal de referencia como positiva, de manera que la suma da la diferencia entre las seales. Un ciclo cerrado es el medio por el cual una seal relacionada con la condicin real producida se retroalimenta para modificar la seal de entrada de un proceso. Se dice la retroalimentacin es una retroalimentacin negativa cuando la seal que se retroalimenta se resta al valor de entrada. Para controlar un sistema se requiere la retroalimentacin negativa. La retroalimentacin positiva se presenta cuando la retroalimentacin de la seal se suma a la seal de entrada.

2.

Elemento de control En cuanto recibe una seal de error, el elemento de control decide qu accin llevar a cabo. Podra tratarse, por ejemplo, de una seal

7


TECSUP - PFR

para accionar un interruptor abrir una vlvula. El plan de control que aplica el elemento podra consistir en entregar seal que encienda o apague un dispositivo al producirse un error, como en el caso del termostato de una habitacin; o quiz una seal que abra o cierre proporcionalmente una vlvula de acuerdo con la magnitud del error. Las acciones de control pueden ser sistemas alambrados, en cuyo caso la accin de control den ser sistemas alambrados, en cuyo caso la accin de control se define de manera permanente por la conexin entre los elementos; o bien, pueden ser sistemas programables, donde el algoritmo de control se almacena en una unidad de memoria y se puede modificar con una reprogramacin. 3. Elemento de correccin El elemento de correccin produce un cambio en el proceso a fin de corregir o modificar la condicin controlada. Puede ser un interruptor que enciende un calentador para aumentar la temperatura de un proceso, o una vlvula que al abrirse permite la entrada de un mayor volumen de lquido al proceso. El trmino actuador designa al elemento de una unidad de correccin que proporciona la energa para realizar la accin de control. 4. Elemento de proceso El proceso es aquello que se esta controlando. Puede tratarse de la habitacin de una casa cuya temperatura se controla, o bien de un tanque con agua cuyo nivel se controla. 5. Elemento de medicin El elemento de medicin produce una seal relacionada con el estado de la variable del, proceso que se controla. Podra tratarse de un interruptor que se enciende cuando se alcanza determinada posicin, o bien de un termopar que produce una f.e.m. relacionada con la temperatura. En el caso del sistema en lazo cerrado de la figura 1.8, para una persona que controla la temperatura de una habitacin, los elementos del sistema son: Variable controlada Valor de referenciaElemento de comparacin el Seal de error medida y Unidad de control Unidad de correccin Proceso Dispositivo de medicin

-

Temperatura de la habitacin Temperatura deseada de la habitacinPersona que compara el valor medido y valor deseado Diferencia entre las temperaturas deseada Persona Interruptor del calentador Calentamiento mediante un calentador Termmetro

8

TECSUP - PFR


En un sistema de control automtico para controlar la temperatura de una habitacin se puede usar un sensor de temperatura que, despus de acondicionar debidamente la seal, alimenta una seal elctrica a la entrada de una computadora donde compara con un valor predefinido y se genera una seal de error. La computadora toma en cuenta lo anterior y a su salida produce una seal; despus de acondicionarla, la seal se puede usar para controlar un calentador y, por ende, la temperatura de la habitacin. Es fcil programar un sistema como este para obtener temperaturas diferentes a diversas horas del da. En la figura 1.10 se muestra un ejemplo de un sistema de control sencillo que sirve para mantener constante el nivel del agua en un tanque. El valor de referencia es el ajuste inicial del brazo de la palanca, de manera que interrumpa el suministro de agua justo en el nivel deseado. Al salir el agua del tanque, el flotador se desplaza hacia abajo, junto con el nivel del agua. Esto provoca el giro de la palanca, y permite la entrada de agua. El flujo contina hasta que el flotador sube al punto en que la palanca impide la entrada de ms agua. Se trata de un sistema en lazo cerrado cuyos elementos son:

Figura 1.10 Control automtico del nivel de agua.

Variable controlada Valor de referencia Elemento de comparacin Seal de error inicial Unidad de control Unidad de correccin Proceso Dispositivo de medicin

- Nivel del agua en el tanque - Ajuste inicial del flotador y posicin de la palanca - La palanca - Diferencia entre el valor real y la posicin de la palanca - Palanca con pivote - Tapadera con la que abre o cierra el paso del agua - nivel del agua en el tanque - flotador y palanca

Este es un ejemplo de un sistema de control en lazo cerrado con slo elementos mecnicos. Tambin habra sido posible controlar el nivel del lquido con un sistema de control electrnico. En este caso, se tendra un sensor de nivel para producir una seal elctrica que servira, despus de un acondicionamiento adecuado, como entrada a una computadora donde se compara con la seal correspondiente al valor predeterminado; la diferencia sera la seal de error, la cual se utiliza para dar la respuesta de la salida de la computadora. Esta despus de acondicionarla, se usa

9


TECSUP - PFR

para controlar el movimiento de un actuador en la vlvula de control de flujo y determinar la cantidad de agua que se deja entrar al tanque. 4.3. CONTROLADORES SECUENCIALES Existen diversas situaciones en las que el control se ejerce mediante elementos que se encienden o apagan a tiempos o valores fijos para controlar los procesos y producir una secuencia escalonada de operaciones. Por ejemplo, una vez concluido el paso 1, se inicia el paso 2; cuando este concluye, se inicia el paso 3, y as sucesivamente. El trmino control secuencial se usa cuando las acciones de control estn ordenadas estrictamente de acuerdo con una secuencia definida por el tiempo o por los eventos. Un control como el anterior se obtiene mediante un circuito elctrico que cuenta con grupos de relevadores o de interruptores operados por levas, los cuales se conectan ' de manera que se produzca la secuencia deseada. En la actualidad es probable que este tipo de circuitos se reemplacen por un sistema controlado por un microprocesador y con una secuencia controlada por un programa de software. Como ejemplo de control secuencial considere las lavadoras de ropa. Estas llevan a cabo diversas operaciones en la secuencia correcta. Entre ellas est un ciclo de prelavado, cuando las prendas que se encuentran dentro del tambor se prelavan con agua fra; a continuacin se realiza el ciclo de lavado principal con agua caliente; sigue un ciclo de enjuague que emplea varias veces agua fra; por ltimo el ciclo de exprimido, en el cual se elimina el agua de las prendas. Cada una de las operaciones consta de varios pasos. Por ejemplo, durante el ciclo de prelavado se abre una vlvula para llenar con agua el tambor hasta un nivel deseado, se cierra la vlvula, se enciende el motor del tambor y gira durante un cierto tiempo, luego se activa la bomba para vaciar el tambor de agua. La secuencia de operacin se llama programa. La secuencia de instrucciones de cada programa est predefinida e 'integrada' al controlador. En la figura 1.11 se muestra el sistema bsico de una lavadora de ropa, que da una idea general de los elementos que lo constituyen. El sistema que sola emplearse como controlador de la lavadora era un sistema mecnico que empleaba un grupo de interruptores operados por levas, es decir, interruptores mecnicos. En la figura 1.12 se muestra el principio bsico de este tipo de interruptores. Al encender la lavadora comienza a girar lentamente el eje de un pequeo motor, con una rotacin proporcional al tiempo. Dicha rotacin hace girar las levas del controlador que a su vez presionan interruptores elctricos y encienden los circuitos en la secuencia correcta. El perfil de la leva determina el momento en el que opera un interruptor. Es decir, los perfiles de las levas son los medios a travs de los cuales se especifica y guarda el programa en la lavadora. La secuencia de instrucciones y las instrucciones utilizadas en un programa de lavado en particular estn definidas por el grupo de levas elegido. En las lavadoras modernas, el controlador es un microprocesador

10

TECSUP - PFR


y el programa no se obtiene con la posicin mecnica de las levas, sino mediante un programa de software.Proceso Salidas

Reloj Programa Unidad de control

Elementos de correccin

Nivel del agua Bomba Vlvula Calentador Motor Tambor de la lavadora Temperatura del agua Velocidad del tambor

Puerta cerrada

Figura 1.11 Sistema de una lavadora. Un perfil plano sobre el interruptor

leva La parte curva cierra el interruptor Contactos del interruptor

El giro de la leva cierra los contactos del interuptor

Figura 1.12 Interruptor operado por levas.

11


TECSUP - PFR

Durante el ciclo de prelavado una vlvula elctrica se abre al aplicar una corriente y se cierra cuando cesa la corriente. Esta vlvula acepta la entrada de agua fra en el tambor durante un lapso determinado por el perfil de la leva, o por la salida del microprocesador utilizado para operar el interruptor. Sin embargo, como el requisito es un nivel especfico de agua en el tambor de la lavadora, se necesita otro mecanismo que impida que el agua siga llegando al tambor, durante el tiempo permitido y una vez que se alcanza el nivel requerido. Un sensor produce una seal cuando el nivel del agua llega al nivel preestablecido y produce una salida en el microprocesador que se utiliza para interrumpir el paso de corriente a la vlvula. En el caso de la vlvula controlada por levas, el sensor acciona un interruptor, que cierra la vlvula por la que llega el agua al tambor de la lavadora. Una vez concluido lo anterior, el microprocesador, o el giro de las levas, activa una bomba para vaciar el tambor. Durante el ciclo de lavado principal, el microprocesador produce una salida, que inicia una vez concluida la parte del prelavado del programa; en el caso del sistema que funciona por leva, sta tiene un perfil tal que empieza a operar cuando termina el ciclo de prelavado. Activa una corriente en un circuito para abrir una vlvula que deja entrar agua fra en el tambor. Se detecta este nivel y se interrumpe el paso del agua al alcanzar el nivel requerido. A continuacin, el microprocesador o las levas proporcionan una corriente que sirve para activar un interruptor que suministra una corriente mayor a un calentador elctrico para calentar el agua. Un sensor de temperatura interrumpe la corriente una vez que la temperatura del agua llega al valor predefinido. El microprocesador o las levas, encienden el motor del tambor y se inicia la rotacin. Esto contina durante el tiempo determinado por el microprocesador o por el perfil de la leva, y despus se apaga el motor. A continuacin, el microprocesador o una leva, alimentan una corriente en una bomba de descarga para vaciar el agua del tambor. La parte del enjuague de esta operacin es una secuencia de seales para abrir vlvulas que permiten la entrada de agua fra en la lavadora, interrumpen esta entrada, activan el motor para que gire el tambor, activan una bomba para vaciar el agua del tambor y repiten esta secuencia varias veces. La parte final de la operacin es cuando el microprocesador, o una leva, activa el motor a una velocidad mayor que en el caso del enjuague, para exprimir las prendas. 5. CONTROLADORES BASADOS EN MICROPROCESADORES Actualmente, los microprocesadores reemplazan rpidamente a los controladores operados por leva y se utilizan en general para realizar funciones de control. Ofrecen la ventaja de que mediante su uso es factible emplear una gran variedad de programas. Muchos sistemas sencillos cuentan slo con un microcontrolador integrado, el cual es un microprocesador con memoria y todo integrado en un

12

TECSUP - PFR


chip especficamente programado para llevar a cabo la tarea en cuestin. Una opcin ms adaptable es el controlador lgico programable. Se trata de un controlador basado en un microprocesador en el que se utiliza una memoria programable para guardar instrucciones y para implantar funciones de lgica, secuencia, temporizacin y aritmtica para controlar eventos, y puede reprogramarse para realizar diversas tareas. En la figura 1.13 se muestran las acciones de control de un controlador lgico programable (PLC por sus siglas en ingls); las entradas pueden ser seales, digamos de interruptores que se cierran y el programa empleado para determinar como debe responder el controlador a las entradas y cul es la salida que ha de producir.Entradas A B Controlador C D P Q R T

Figura 1.13 Controlador lgico programable.

El siguiente ejemplo ilustra el hecho de que los sistemas basados en un microprocesador no slo han sido capaces de llevar a cabo tareas que antes eran mecnicas, sino que tambin pueden realizar tareas que no eran fciles de automatizar.

Figura 1.14 Elementos bsicos del sistema de control de una cmara automtica.

13


TECSUP - PFR

6.

TERMINOLOGA SISTEMAS MECATRNICOS Accesible Este trmino se aplica a un dispositivo o funcin que puede ser usado o visto por un operador con el propsito de controlar el desempeo de las acciones de control; como ejemplo: cambios en el set-point, transferencia auto-manual o acciones de encendido y apagado. Es un dispositivo o funcin que detecta la presencia de una condicin anormal por medio de una seal audible o un cambio visible discreto, o puede tratarse de ambas seales al mismo tiempo, las cuales tienen el fin de atraer la atencin. Este termino se aplica a una caracterstica que permite el cambio (o direccin) de una seal de un dispositivo a otro sin la necesidad de la activacin de un switch o algn otro elemento. auto- Trmino empleado como sinnimo de estacin de control. Se emplea como sinnimo de burbuja. Este trmino se refiere a la posicin de un instrumento, el cual ha sido montado en un panel de control, pero no es normalmente accesible al operador. Trmino aplicado a una seal o dispositivo que tiene solo dos posiciones o estados discretos. Cuando es usado en su forma ms simple, como en seal binaria (lo que es opuesto a seal analgica), el trmino denota un estado de encendido-apagado o de alto-bajo. Trmino en ingls el cual se interpreta como sinnimo de panel. Smbolo circular usado para denotar e identificar el propsito de un instrumento o funcin. Puede contener una etiqueta con un nmero. Es tambin un sinnimo de baln.

Alarma

Asignable

Estacin manual Baln

Detrs del panel Binario

Board Burbuja

Dispositivo Dispositivo o funcin que emplea uno o ms clculos u computable o de operaciones lgicas, o ambas, y transmite uno o ms cmputo resultados a las seales de salida. Configurable Trmino aplicado a un dispositivo o sistema cuyas caractersticas funcionales pueden ser seleccionadas a travs de un programa o de otros mtodos.

14

TECSUP - PFR


Controlador

Dispositivo con una salida que varia para regular una variable de control de una manera especfica. Un controlador manual vara su salida automticamente en respuesta a una entrada directa o indirecta de un proceso variable. Un controlador manual es una estacin manual de carga y su salida no depende de una medida de un proceso variable pero puede variarse solamente por medio de un procedimiento manual. de Una estacin de carga manual que tambin proporciona un control en el cambio de manual a automtico de los modos de control dentro de lazo de control, a sta tambin se le conoce como estacin auto-manual.

Estacin control

Vlvula de control Es un dispositivo, el ms comnmente usado, que acta manualmente o por s mismo, que directamente manipula el flujo de uno o ms procesos. Convertidor Es un dispositivo que recibe informacin en determinada manera de un instrumento y transmite una seal de salida en otra forma. Un convertidor es tambin conocido como transductor, de cualquier forma, transductor es un trmino general, y su uso para conversin de seales no es recomendado. Trmino aplicado a una seal o dispositivo que usa dgitos binarios para representar valores continuos o estados discretos. de Sistema el cual, mientras es funcionalmente integrado, consiste de subsistemas los cuales pueden ser fsicamente separados y colocarse de una forma remota unos de otros.

Digital

Sistemas control distribuidos

Elemento final de Dispositivo que controla directamente los valores de la control variable manipulada en un lazo de control. Generalmente el elemento final de control es una vlvula de control. Funcin Identificacin Instrumentacin Propsito que debe cumplir un dispositivo de control. Secuencia de letras o dgitos, o ambos, usados para sealar un instrumento en particular o un lazo. Coleccin de instrumentos o sus aplicaciones con el fin de observar mediciones, control, o cualquier combinacin de estos.

15


TECSUP - PFR

Local

Es la localizacin de un instrumento que no esta ni dentro ni sobre un panel o consola, ni esta montado en un cuarto de control. Los instrumentos locales estn comnmente en el mbito de un elemento primario o un elemento de control, la palabra campo es un sinnimo muy usado con local.Que no esta en un panel central, los paneles locales estn comnmente en el mbito de subsistemas de plantas o subtareas. El trmino instrumento local de panel no puede ser confundido con instrumento local. Combinacin de uno o ms instrumentos o funciones de control que sealan el paso de uno a otro con el propsito de medir y/o controlar las variables de un proceso.

Panel local

Lazo

Estacin manual de Dispositivo o funcin que tiene un ajuste de salida manual que es carga usado con un actuador o como ms dispositivos. La estacin no proporciona un cambio entre un modo de control automtico o manual de un lazo de control. La estacin puede tener indicadores integrados, luces u otras caractersticas. Esto es normalmente conocido como estacin manual o cargador manual. Medida Monitor Determinacin de la existencia o magnitud de una variable. Trmino general para un instrumento o sistema de instrumentos usados para la medicin o conocer la magnitud de una o ms variables con el propsito de emplear la informacin en determinado momento. El trmino monitor no es muy especfico, algunas veces significa analizador, indicador, o alarma. Sinnimo de luz piloto. Estructura que tiene un grupo de instrumentos montados sobre ella. El panel puede consistir de una o varias secciones, cubculos, consolas o escritorios. Trmino aplicado a un instrumento que esta montado sobre un panel o consola y es accesible para un operador en uso normal. Es una luz que indica cual nmero o condiciones normales de un sistema o dispositivo existe. Una luz piloto es tambin conocida como una luz monitor o de monitor. Sinnimo de sensor. Es cualquier operacin o secuencia de operaciones que involucren un cambio de energa, estado, composicin, dimensin, u otras propiedades que pueden referirse a un dato.

Luz del monitor Panel

Montado en panel Luz piloto

Elemento primario Proceso

Variable de proceso Cualquier propiedad variable de un proceso. El trmino variable de proceso es usado en como un standard para la aplicacin a todas las variables.

16

TECSUP - PFR


Programa

Secuencia respetable de acciones que definen el nivel de las salidas como una compostura de las relaciones al establecimiento de las entradas.

Controlador lgico Un controlador, usualmente con entradas y salidas mltiples que programable contiene un programa alterable, es llamado de esta manera o comnmente conocido como PLC. Relay Dispositivo cuya funcin es pasar informacin sin alterarla o solo modificarla en determinada forma. Relay es comnmente usado para referirse a dispositivos de cmputo. Parte de un lazo o un instrumento que primero detecta el valor de una variable de proceso y que asume una correspondencia, predeterminacin, y estado inteligible o salida. El sensor puede ser integrado o separado de un elemento funcional o de un lazo. Al sensor tambin se le conoce como detector o elemento primario. El set point o punto de referencia puede ser establecido manualmente, automticamente o programado. Su valor se expresa en las mismas unidades que la variable controlada. Dispositivo que conecta, desconecta, selecciona, o transfiere uno o ms circuitos y no esta diseado como un controlador, un relay o una vlvula de control. Proceso de una conexin el cual no esta permanentemente conectado, su conexin es solamente temporal o intermitente a un instrumento. Trmino general para un dispositivo que recibe informacin en forma de uno o ms cuantificadores fsicos, modificadores de informacin y/o su forma si requiere, y produce una seal de salida resultante. Dependiendo de la aplicacin un transductor puede ser un elemento primario, un transmisor un relay, un convertidor u otro dispositivo. Porque el trmino transductor no es especfico, su uso para aplicaciones especficas no es recomendado. Dispositivo que detecta la variable de un proceso a travs de un sensor y tiene una salida la cual vara su valor solamente como una funcin predeterminada de la variable del proceso. El sensor puede estar o no integrado al transmisor.

Sensor

Set point

Switch

Punto de prueba

Transductor

Transmisor

17


TECSUP - PFR

ANOTACIONES ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................ ................................................................................................................................

18

1 Sistemas mecatronicos

Documents

Transcript of 1 Sistemas mecatronicos