1

TEMA 2. INTRODUCCIÓ A LA TECNOLOGIA DE CONTROL

2.1 La tecnología de control. Objectius i evolució La tecnologia de control abasta tots els procediments i dispositius que permeten automatitzar les

màquines i els processos.

Els primers aparells de funcionament automàtic es basaven en la tecnologia mecànica, com l’ànec

de Jacques de Vaucanson, un autòmat destinat simplement a la distracció, el teler programable de

Joseph Marie Jacquard, el regulador de boles de James Watt per a les màquines de vapor. És amb

l’aplicació dels coneixements sobre l’electricitat i l’electromagnetisme quan la tecnologia de control

comença a ser més efectiva, com el relé electromagnètic, inventat l’any 1844 per Samuel Morse i

William Fardeley, simultàniament i per separat, per aplicar-lo a la telegrafia i que posteriorment ha

estat un component insubstituïble en aplicacions d’automatització.

És al segle XX que les tecnologies elèctrica, electrònica i informàtica esdevenen predominants i

insubstituïbles en la major part de màquines i ginys que funcionen automàticament. La invenció del

transistor i, sobretot, del circuit integrat, o xip, permet introduir milions de components electrònics

en una àrea de silici molt petita. Els xips constitueixen l’element físic sobre el qual és possible

d’introduir els algorismes de control. Els xips dels microprocessadors, que és el nucli dels

ordinadors actuals, i de molts controladors, tenen milions de transistors.

Un avenç molt important actualment són els autòmats programables o PLC (Programmable Logic

Controller), que són petits ordinadors capaços de controlar màquines i circuits a partir d’un

programa introduït a la seva memòria. Aquests petits ordinadors estan preparats per a ser emprats

en entorns industrials i actualment tenen una posició dominant en els sistemes

automàtics destinats a la indústria.

El terme automatització prové de la llengua anglesa, del terme automation, que es

va començar a emprar l’any 1946 a la companyia General Motors, en les seves

cadenes de muntatge d’automòbils, lloc on es van desenvolupar i emprar els

primers autòmats programables.

2

Finalment ha estat la robòtica que ha fet possible la substitució de capacitats manipulatives dels

humans. És el resultat de la integració de diferents enginyeries: la mecànica, la elèctrica, la

electrònica i la informàtica. Aquesta tecnologia està molt a prop de fer realitat una antiga aspiració

amb força components mítics: l’obtenció d’una màquina capaç de fer els mateixos moviments de

l’ésser humà i que el pugui substituir.

El terme robot prové del nom d’unes màquines esclaves que apareixien l’obra Rossum’s Universal

Robots de l’autor txec Karel Capek i que es va representar teatralment l’any 1920, moment en el

que es va començar a usar aquesta paraula.

La gran aplicació de la robòtica i el més gran exponent actual de la fabricació automatitzada es

troba en la tecnologia de la fabricació integrada per ordinador o CIM (Computer Integrated

Manufacturing) La integració de màquines, robots, ordinadors, autòmats programables fan possible

la fabricació ajustada a la demanda de productes amb una gran flexibilitat i productivitat, amb la

conseqüent reducció de costos i de llocs de treball. El sector de l’automatització demana de

professionals ben formats i capacitats per emprar, ajustar i reparar aquests elements electrònics. La

producció CIM presenta moltes avantatges entre elles un abaratiment important en els costos, la

qual es veu reflectida en productes més econòmics i d’una qualitat molt estable.

Cèl·lula CIM

2.2. Sistemes de control automàtic

Els sistemes de control estan compostos per diferents elements que s’anomenen de forma genèrica

automatismes. La relació entre aquests automatismes i el procés o màquina sota control és el que

anomenem sistema de control, l’objectiu del qual és aconseguir que la màquina o el sistema

funcioni amb la mínima intervenció humana.

Els sistemes de control estan compostos per diferents elements que s’anomenen de forma genèrica

automatismes. La relació entre aquests automatismes i el procés o màquina sota control és el que

anomenem sistema de control, l’objectiu del qual és aconseguir que la màquina o el sistema

funcioni amb la mínima intervenció humana.

3

Hi ha màquines i processos en els quals la intervenció humana es limita, només, a la seva posada en

marxa i d’altres semiautomàtics on cal la intervenció de les persones en alguna de les accions que

fa la màquina o en algunes fases del procés.

El sistema ha de presentar, en alguns casos, a

l’operador les informacions més significatives de

l’estat del procés per a que en pugui verificar la

correcció del procés. El sistema de control es pot

considerar com un element afegit a una màquina o

procés, el qual segueix fent la mateixa funció,

substituint el control manual per un control automàtic.

El torn de control numèric (CNC)

Els components bàsics d’un sistema de control són: la unitat de control, els actuadors, els sensors i

els elements auxiliars per al comandament i monitorització.

La forma en que un automatisme realitza la seva funció dóna lloc a dos tipus de control: control en

llaç obert i control en llaç tancat.

Sistemes de llaç obert

El control en llaç obert es caracteritza perquè, un cop activat, executa el procés durant un temps

prefixat, independentment del resultat obtingut. Un sistema de control en llaç obert no supervisa el

resultat de la seva acció a la sortida del sistema.

4

Són els sistemes més senzills i econòmics que realitzen funcions molt simples. Són exemples de

control en llaç obert el llum temporitzat d’una escala, la rentadora, un semàfor.. Vegem-ne els

motius.

El llum temporitzat, com el dels blocs de pisos, el seu automatisme ha de substituir l’acció d’apagar

el llum. L’activació s’ha de fer manualment prement un polsador, moment en que els llums

s’il·luminen fins que ha passat el temps programat, moment en el que s’apaguen automàticament.

El sistema de control no verifica si hem arribat o no a la nostra destinació, el temps programat és fix

amb independència del recorregut.

La rentadora és una màquina amb diferents automatismes que coordinadament han d’aconseguir

de fer neta la roba. La rentadora executa un cicle de treball segons el programa de rentat que s’hagi

escollit, el qual va executant seqüencialment els diferents passos, al final s’atura automàticament.

El resultat és que ha rentat la roba però no verifica si realment ja està neta, cosa que pot produir-se

abans d’acabar el programa, o bé pot arribar al final i estar encara bruta.

Sistemes de llaç tancat

Els sistemes de control en llaç tancat estableixen una supervisió sobre la variable de sortida o

resultat final, actuant fins obtenir el resultat desitjat.

5

En aquests sistemes un cop donada l’ordre per iniciar el procés, el resultat de la sortida és analitzat i

si no compleix el valor de la consigna, el dispositiu de control és informat i manté el procés actiu

fins assolir el que estableix la consigna.

La consigna és el valor de referència que hom desitja obtenir com a resultat de l’acció del sistema

automàtic. Aquest valor pot ser, per exemple, la temperatura programada per una calefacció o

condicionador d’aire, el nivell d’aigua a l’interior d’una cisterna.

Els sistemes de control en llaç tancat, per ajustar la seva acció, comproven contínuament el valor de

la sortida del procés i el comparen amb el valor de la consigna. El procés de mostreig sobre la

sortida es fa amb el procés de realimentació que reenvia aquesta informació a l’entrada per a ser

comparada amb la consigna i fa reaccionar el dispositiu de control segons el resultat d’aquesta

comparació.

Analitzem el cas de la calefacció. L’objectiu d’un sistema de calefacció és proporcionar i mantenir

una temperatura determinada, per això disposa d’un sistema de conversió d’una font d’energia en

calor i d’un dispositiu de regulació o control: el termòstat. Aquest procés si no es controla pot no

arribar a la temperatura esperada o sobrepassar-la. El sistema de control en llaç tancat ha d’evitar

aquesta situació per tal d’assegurar que la temperatura arribi al valor establert i s’hi mantingui. Per

això quan la temperatura és inferior a la indicada com a consigna en el termòstat, ha de mantenir la

conversió d’energia i generar calor. Quan la temperatura arriba a un valor superior a l’establert en

la consigna s’ha d’aturar la conversió.

En el cas de la cisterna d’aigua de l’inodor, incorpora un sistema

d’emplenament automàtic, en la qual ha d’entrar-hi aigua només si el

nivell interior està per sota de la consigna i ha d’aturar-ne l’entrada

quan ja és plena. És exemple de control amb mecanismes en el qual la

vàlvula d’entrada d’aigua s’acciona en funció del nivell interior. La

vàlvula s’obre si baixa el nivell i es tanca quan ja és plena. La

realimentació es realitza mitjançant el flotador que a través d’un

sistema de palanca actua sobre la vàlvula.

6

Exercici 2.1. Indica algun aparell o instal·lació que coneguis que hagi evolucionat a nivell d’automatització.

Exercici 2.2. Quina és la diferència entre un sistema de control en llaç obert i un en llaç tancat?

Exercici 2.3. Per descongelar els aliments, sovint utilitzem el microones. Quin tiupus de control incorpora?

Justifica la teva resposta.

Exercici 2.4. Quin tipus de control incorporen les portes automàtiques d’un supermercat?

Exercici 2.5. Quines funcions haurien d’incorporar el llum temporitzat i la rentadora per ser considerats

control en llaç tancat?

Exercici 2..6. Classifica els següents aparells en dos llistes segons siguin llaç obert o tancat: calefactor elèctric,

ascensor, congelador, rentavaixelles assecador de cabells, planxa elèctrica, sistema de reg automàtic,

radiador elèctric.

7

Els components d’un automatisme

Els automatismes es construeixen amb elements físics que poden implicar diferents tecnologies:

mecànica, pneumàtica, hidràulica, elèctrica, electrònica, microelectrònica, els quals poden actuar

independentment o bé combinats. De forma genèrica en un sistema de control hi ha tres parts

bàsiques: el controlador, els actuadors i els sensors. Fan falta també dispositius auxiliars per

interactuar amb el controlador.

El controlador és el dispositiu del sistema que determina i executa el control del procés per al qual està

preparat. Disposa dels elements per a l’activació i desactivació dels dispositius externs, per a la introducció

i modificació de la consigna, per a l’accionament dels actuadors, per la recollida d’informació dels sensors i

els elements de presentació d’informació, i la lògica de control. En els controladors programables cal que

disposin de memòria per emmagatzemar l’algorisme de control, que és el conjunt de passos previstos que

contenen el conjunt d’accions que s’han de realitzar sobre els actuadors per controlar el procés segons la

informació proporcionada pels sensors i els valors prefixats per les consignes.

8

Un actuador és l’element final que fa una acció sobre el procés. Aquest element final pot provocar accions

com increments de temperatura, canvis de moviment, variacions de velocitat, variacions de cabal. Els

actuadors poden ser de tecnologia elèctrica, pneumàtica o hidràulica.

Els sensors són dispositius que prenen dades de la situació del procés o de les variables de sortida i les

transmeten al controlador. Els sensors, i els seus circuits associats, mesuren magnituds de variables que

s’incorporen al llaç de realimentació. La seva sensibilitat i precisió són importantíssims per a un

funcionament acurat del control.

Els dispositius auxiliars són elements per a la interacció entre l’operador i la màquina. Són necessaris per a

l’entrada manual d’informació al controlador per posar-lo en marxa o aturar-lo, per variar-ne les consignes,

o per recuperar el control manual. També hi ha dispositius que són necessaris per recollir informació de

l’estat del sistema i de l’automatisme i per indicar alarmes.

Des del punt de vista del controlador, els actuadors són dispositius externs als que cal enviar la informació

per determinar el seu estat. Per això se’ls considera, juntament amb els visualitzadors i indicadors,

dispositius de sortida del controlador. Els sensors lliuren informació de l’estat de la màquina o sistema cap

el controlador. Per això se’ls considera, juntament amb els polsadors, teclats, etc., dispositius d’entrada

del controlador.

Per construir un controlador capaç d’executar un conjunt d’accions sobre el dispositiu a controlar en funció

de les dades de consigna i l’estat del sistema, es poden emprar diferents sistemes.

El sistemes automàtics amb lògica cablada són els que estan dissenyats per a una funció molt concreta. El

seu circuit està realitzat amb components que sovint fan la funció d’elements auxiliars i alhora formen el

cor del controlador incorporant la lògica del control en la forma de realitzar les connexions entre els

elements. Aquests tipus d’automatismes queden molt restringits en quan a les seves possibilitats. Els

sistemes automàtics amb lògica programable disposen d’una gran flexibilitat ja que la lògica de

funcionament resideix en un programa informàtic incorporat a la memòria del controlador, el qual es pot

modificar sense haver de canviar les connexions del circuit. Això aporta molta flexibilitat a un sistema, una

gran reducció de costos i de manteniment, així com una gran reducció del volum de l’equip. També

reverteix en una major seguretat i reducció d’avaries. Els controladors programables incorporen

microprocessadors o microcontroladors amb una unitat central, memòria, unitats d’entrades i sortides. La

lògica de funcionament de l’automatisme al que s’apliquen resideix en l’algorisme del programa

emmagatzemat a la seva memòria. L’autòmat programable és un dels elements més emprats actualment

en la fabricació d’automatismes.

9

Dispositius de sortida

Els dispositius de sortida són els actuadors, els presentadors o

visualitzadors de dades, els indicadors lluminosos i els acústics. Els

actuadors poden ser de diferents tecnologies: motors elèctrics,

electroimants, resistències calefactores, les vàlvules i els cilindres

pneumàtics, les vàlvules i els cilindres hidràulics, i altres dispositius

comandats per algun d’aquests. Els presentadors o visualitzadors de dades

donen informació de l’estat d’alguna part del procés o de l’automatisme

amb un valor numèric digital o amb una indicació analògica. Els indicadors

lluminosos poden ser interpretats per un codi cromàtic, i els acústics , per

la freqüència i intensitat del seu so. Poden formar part de panells

sinòptics, amb visualitzadors de dígits de numèrics de cristall líquid (LCD) o d’emissors de llum (LED),

indicadors d’agulla, pilots de color, pantalles de dades LCD, monitors, etc.

Els indicadors acústics habitualment s’empren en les alarmes i poden ser des de petits brunzidors fins a

sirenes potents, en els sistemes més complexos poden portar sintetitzadors de veu.

Visualitzador analògic (esquerra) i visualitzador analogicodigital (dreta).

Visualitzadors digitlas ( a dalt a la dreta)

Dispositius d’entrada

Els dispositius d’entrada d’un automatisme els podem agrupar en dos conjunts: els elements de comandament i els

sensors.

- Els elements de comandament o d’entrada d’informació de l’operador són els interruptors, els polsadors, els

commutadors, els teclats, els potenciòmetres, etc.

- Els sensors recullen informació de la màquina o procés. Estan constituïts per materials sensibles a una determinada

magnitud i la converteixen a un altre tipus de magnitud fàcilment integrable al sistema de control. Els sensors

habitualment necessiten d’alguns elements auxiliars per adaptar-se a l’aplicació concreta. La gamma de sensors és

molt àmplia. Entre els de més aplicació industrial podem esmentar: sensors de temperatura, sensors de pressió,

detectors de proximitat, detectors de presència, detectors de nivell, sensors de radiació infraroja, cèl·lules de

càrrega (mesura de força), sensors de visió, sensors de velocitat, etcètera.

Els sensors i els detectors actuen com els “sentits” de l’automatisme en ser sensibles a determinades magnituds,

com ara la pressió, la llum, la força, la composició del material, el color superficial, el magnetisme, etc. La tecnologia

10

dels sensors, tant per a l’aplicació en la mesura de magnituds com per a la

detecció, ha donat lloc a tot un camp de l’enginyeria: la sensòrica.

Exercici 2.7. Classifica els elements en la casella corresponent, Segons la funció que podrien realitzar en un

automatisme: bombeta, polsador, brunzidor, electroimant, motor, LDR, cilindre pneumàtic, teclat, sensor tèrmic,

monitor, ratolí, sensor de llum,resistència calefactora, potenciòmetre.

Dispositiu d’entrada Sensor

Comandament

Dispositiu de sortida Actuador

Indicador

Exercici 2.8. Determina els components que intervenen en l’automatització d’una nevera, i la funció que fan.

11

Exercici 2.9. El circuit de la figura mostra un motor elèctric de CC comandat amb interruptor, per determinar el seu

estat, i un commutador de creuament per seleccionar el sentit de gir. Omple la taula segons les característiques del

circuit i la funció que fan els components:

Tipus de control Llaç obert

Llaç tancat

Tipus de lògica Cablada

Programable

Interruptor

Dispositiu d’entrada

Sensor

Dispositiu de comandament

Dispositiu de sortida

Actuador

Indicador

Commutador de creuament

Dispositiu d’entrada

Sensor

Dispositiu de comandament

Dispositiu de sortida

Actuador

Indicador

LED

Dispositiu d’entrada

Sensor

Dispositiu de comandament

Dispositiu de sortida

Actuador

Indicador

Motor

Dispositiu d’entrada

Sensor

Dispositiu de comandament

Dispositiu de sortida

Actuador

Indicador

12

2.3. Aplicacions de la tecnologia de control a les instal·lacions de l’habitatge

Les aplicacions dels automatismes a la llar són cada vegada més presents per fer-nos la vida més còmode i

confortable. El fet de que algunes accions quotidianes es puguin realitzar reduint la nostra atenció ens permet estar

fent altres activitats o simplement descansant.

Manipuladors alimentaris

Entre els diferents electrodomèstics que ens són més familiars que tenen contacte directe amb els aliments i

contenen algun sistema de control podem esmentar la torradora de pa i la

fregidora.

La torradora disposa d’unes resistències calefactores que generen escalfor per tal

de reduir el contingut d’humitat del pa i crear una petita capa cruixent en la

superfície. Per automatitzar el procés d’un termòstat per aconseguir una

temperatura adequada al tipus de pa que es posa a torrar, de manera que quan

arriben a la temperatura programada, deixa sense alimentació la resistència.

La fregidora disposa un sistema d’escalfament de l’oli amb una resistència

elèctrica la qual rep corrent o no segons la regulació del termòstat. D’aquesta manera s’aconsegueix que l’oli es

mantingui a la temperatura seleccionada. L’oli d’oliva es comença a degradar a partir de 210 ºC generant compostos

dolents per a la salut, just quan comença a treure fum. Amb la fregidora aquest problema no es presenta ja que la

temperatura queda limitada al voltant dels 180 ºC. Al posar uns aliments a la fregidora provocaran una caiguda de

temperatura de l’oli, aleshores el sistema de control, el

termòstat, reaccionarà posant en marxa de nou les resistències

fins que recuperi de nou el valor de consigna escollit per al

tipus de fregit. Amb aquest sistema es produeixen petites

oscil·lacions de temperatura que no alteren el procés de cuinat.

13

L’exponent més espectacular en l’avenç tecnològic és el robot de cuina Thermomix. És una màquina

capaç de tallar, triturar, picar i a més cuinar sense haver d’estar pendent de la cocció. L’aparell

incorpora:

- un motor elèctric de velocitat variable i programable.

- una resistència calefactora.

- un programador de temps.

- una balança integrada

- un regulador de temperatura.

Els secrets d’aquest aparell està en la exactitud en que es poden posar els ingredients, gràcies a la

bàscula integrada, i a la possibilitat de coure els aliments mentre els va remenant lentament amb

un dels accessoris, com si es tractés d’una cullera. S’obtenen aliments ben cuinats i amb rapidesa.

Forns, rentadores i rentavaixelles

El forn elèctric, en essència, conté simplement unes resistències elèctriques que es poden actuar

per trams, per escollir la potència i la part del forn que genera calor. Per controlar-lo disposa d’un

termòstat i d’un programador de temps. Per disposar d’informació del seu estat porta pilots,

visualitzadors de temperatura i de temps i un avisador acústic. Aqu tens un diagrama de blocs del

seu funcionament:

14

El forn microones escalfa per un sistema diferent de

la resistència elèctrica. Les microones, són ones

electromagnètiques d’una freqüència de 2,45 GHZ

que presenten la propietat de fer vibrar les molècules

de l’aigua i al fregar entre elles, es genera calor. Per

aquest motiu un material que no contingui aigua, en

un forn microones no s’escalfarà. L’element que

genera les microones és el magnetró. Les microones

són molt direccionals, per això els forns han

d’incorporar un sistema de plat giratori per

aconseguir un escalfament uniforme dels aliments.

En el forn es pot seleccionar la potència aplicada al magnetró per obtenir major efecte sobre l’aliment i es

disposa d’un programador de temps. Cal destacar que una de les aplicacions d’aquest forn és la

descongelació d’aliments, per la rapidesa d’aquest procés, i a més presenta l’avantatge que evita la

proliferació de la flora bacteriana que podria malmetre les propietats de l’aliment.

Els elements que incorporen les rentadores i els rentavaixelles són molt similars. Tenen els

mateixos tipus d’actuadors: motor elèctric, electrovàlvules per a l’entrada i sortida d’aigua,

electrobombes i resistències elèctriques. Pel que fa als sensors, porten un sensor de temperatura i

detectors de nivell d’aigua. Per realitzar la seqüència de rentat segons el programa escollit,

incorporen el programador-seqüenciador mecànic, que una vegada escollit el programa, un motor

síncron el va fent girar. El programador, al seu interior porta un cilindre amb un conjunt de lleves

que obren i tanquen els contactes que aturen o posen el marxa els diferents actuadors. Com que hi

ha diferents pistes de control en el mateix cilindre, el programador actua sobre diferents circuits

alhora.

Els sensors poden inhibir algunes de les accions, per exemple, si no entra aigua a la màquina, no es posa en

marxa el cicle de rentat, tampoc és possible posar en marxa la màquina si la porta és oberta. En un cicle de

rentat, la porta no es pot obrir fins al cap d’una estona d’haver parat el funcionament del motor.

15

Termòstat

Motor

Resistència calefactora

Programador de lleves

Bomba

Electrovàlvula

Electrovàlvula

Detector de nivell

Detector porta

Bloqueig porta Temporitzador

Interruptor general

L’etiqueta energètica informa del consum d’energia i d’aigua d’un

electrodomèstic per avaluar-ne la seva eficiència energètica. És

obligatòria en els rentavaixelles, rentadores, neveres, assecadores, forns i

aparells d’aire condicionat.

Dispositius d’estalvi d’energia

L’automatització pot fer aportacions significatives en l’àmbit de l’estalvi energètic, ajustant l’ús

efectiu dels consums a les necessitats reals. Per això, emprant de forma adequada molts dels

controladors i sensors que hi ha en el mercat, es poden estalviar molts kilowatts hora d’energia.

Temp. Consigna

ºC

T (s)

En la regulació de la temperatura amb termòstat, la temperatura real va oscil·lant al voltant de la consigna.

16

Control de dispositius de climatització. Termòstats

El termòstat és un element àmpliament emprat en el sector domèstic i en l’industrial per al control

en llaç tancat de processos en els que cal mantenir la temperatura

en un determinat marge de funcionament.

L’estat de sortida d’un termòstat, en general, no commuta a la

mateixa temperatura al pujar que al baixar la temperatura. Hi ha

una petita diferència, és el que s’anomena marge d’histèresi.

Aquest marge és necessari per evitar un funcionament inestable,

de connexió i desconnexió continua, al voltant de la temperatura

de consigna. Vegem un exemple, si en un calefactor s’ha escollit

una temperatura de treball de 25 ºC, si el termòstat té un marge

d’histèresi de 3 ºC, la temperatura en què es posi en marxa la resistència serà a 22 ºC i s’apagarà en

arribar a 25 ºC. Què passaria si commutés exactament a la mateixa temperatura?

Els termòstats clàssics són de caràcter analògic i basen en l’efecte de dilatació de dos

metalls de diferent coeficient de dilatació. Formen un bimetall que es deforma i

provoca l’obertura o el tancament d’un circuit elèctric. Aquest es posa en sèrie en el

circuit que ha de controlar. Són poc precisos a més de desajustar-se amb el temps,

ara bé són més econòmics.

Els termòstats digitals tenen més precisió i a més incorporen un visualitzador

per veure la temperatura programada i la temperatura actual. Per a la captació de la temperatura

disposen d’un sensor de tèrmic que pot ser de semiconductor o una resistència sensible a la

temperatura. La informació proporcionada va a un circuit electrònic

anomenat convertidor analogicodigital (A/D) que transforma el valor de la

temperatura a un codi binari el qual es tractat per un controlador

programable. El controlador té memòria per emmagatzemar la temperatura

preseleccionada que s’introdueix mitjançant uns polsadors. A la sortida,

normalment, incorporen un relé per obrir o tancar el circuit de l’aplicació.

Aquest és l’esquema d’un termòstat digital:

Visualitzador

Relé Sensor de temperatura

Unitat de control Convertidor A/D

Polsadors de preselecció

17

Programadors horaris

En els programadors horaris permeten establir la seqüència de funcionament d’un aparell, amb

cicles de funcionament i d’aturada en intervals de temps ajustables. El cicle de treball pot ser diari,

setmanal o mensual. Aquests programadors són molt útils, per exemple, en l’enllumenat públic o

de comerços, en els sistemes de reg automàtic, en els sistemes d’avís periòdics com el timbre de

d’una escola ( no és el nostre cas), etcètera...

Es construeixen amb dues tecnologies, la electromecànica i la digital. Els programadors mecànics

incorporen un motor síncron i un conjunts de mecanismes per tal d’assegurar la precisió horària. La

informació del cicle de treball s’indica amb unes pestanyes mòbils per intervals d’un temps

determinat. Aquestes pestanyes actuen sobre el contacte de treball.

Els programadors digitals són molt més precisos i flexibles. Els intervals de programació solen ser d’1 minut.

A més que poden disposar d’accionament a més d’una sortida o canal simultàniament, podent comandar

diferents aparells.

Hi ha programadors combinats, anomenats cronotermòstats, per a sistemes de condicionament tèrmic de la

llar, per programar els cicles d’encesa i apagada de la calefacció o del condicionador d’aire i la temperatura

desitjada a cada moment. Així s’ajusta la temperatura a les necessitats d’utilització de la vivenda segons

l’horari d’ocupació als diferents moments del dia i de la setmana.

Programador horari digital Cronotermòstat

Detectors de presència

Els detectors de presència tenen unes aplicacions típiques com l’obertura automàtica de portes i en els

sistemes d’alarma. L’aplicació dels detectors de presència a les portes automàtiques presenten un grau de

comoditat per a les persones a l’hora d’entrar a un edifici. Però fonamentalment aporten un estalvi d’energia

en l’àmbit de la climatització ja que per les portes es produeixen intercanvis d’aire entre l’interior i l’exterior

de l’edifici generant canvis sobtats de temperatura a l’interior.

Aquets detectors tenen un nou camp d’aplicació en l’estalvi d’energia en sistemes d’il·luminació en espais

d’ús comunitari on habitualment els llums estarien encesos permanentment. Es calcula que amb l’ús

d’aquests es pot arribar a estalviar un 20 % d’energia. Aquests detectors actuen acompanyats d’un

temporitzador per assegurar que el llum es manté una estona encès encara que no detecti la persona, ja que

des de la posició del sensor fins al possible destí hi hagi una distància que el detector no pot cobrir.

18

El principi de funcionament es basa en la captació de la radiació

infraroja que emeten els cossos calents. La distància màxima en que es

mostren sensibles pot estar, segons els models, entre 15 i 50 metros.

Detector de presencia PIR

Ascensors

L’ascensor és un sistema d’elevació que ens resulta molt familiar i que incorpora la tecnologia de control per

al seu funcionament. Per aconseguir el seu desplaçament hi ha dues formes, la més comú és un motor

elèctric que mou un cable en un sistema de politges, i l’altra és l’oleohidràulic en el que un cilindre telescòpic

efectua els desplaçaments de la cabina.

En el cas de propulsió per motor elèctric motor, l’accionament d’aquest és el que provoca el moviment de la

cabina, per tant el sistema de control actua sobre el circuit elèctric del motor. En el cas de l’hidràulic, el

sistema disposa d’una electrobomba que impulsa l’oli a l’interior del cilindre hidràulic impulsat l’èmbol en

sentit ascendent. Un conjunt d’electrovàlvules regula el pas de l’oli, per aconseguir el moviment de l’èmbol i

l’aturada en les plantes.

Independentment del sistema de propulsió el control de posicionament i de crides és el mateix en els dos

casos, inclòs el sistema d’obertura i tancament de la porta. Per controlar el posicionament de la cabina, a

cada planta hi ha un detector de posició electromecànic, un final de cursa. Els polsadors de crida envien la

informació a la unitat de control. El sistema d’obertura i tancament automàtic de la porta disposa d’un

motor elèctric que realitza l’acció. Els límits de la porta estan controlats per finals de cursa, i la seguretat per

no atrapar cap objecte o persona en el moment de tancament de la porta s’encarrega normalment a un

sistema de barrera fotoelèctrica.

El sistema de control pot ser molt més complicat quan gestiona llocs amb més ascensors per tal d’optimitzar

el recorregut i el temps de resposta als usuaris.

19

Sistema de propulsió de l’ascensor

Unitat de control

Detectors de planta

Visualitzador cabina

Polsadors de preselecció de planta

Polsadors de preselecció de cabina

Visualitzadors planta

Detectors de porta

Motor porta

Alarmes

L’alarma és un dispositiu de control automàtic destinat a detectar qualsevol forma d’accés no permès a un

local o espai, o per detectar un incendi o una fuga de gas i donar un avís. Per tant, en un sistema d’alarma el

conjunt de sensors i l’estratègia de detecció són l’aspecte clau que determinaran el seu èxit.

Les alarmes contra la intrusió necessiten disposar d’un conjunt de sensors estratègicament situats per a

detectar només els accessos no desitjats i evitar les falses alarmes. Els sensors més emprats són els de

presència per calor corporal, les barreres de llum infraroja, els detectors de porta i finestra, i els de vibració

en vidres. La comunicació entre els sensors i la centraleta pot ser a través de connexió per cable o via ràdio.

La central d’alarma organitza els sensors per àrees, de manera que es pot desactivar una zona, per exemple,

quan hi ha persones a l’interior es desactiva la part interior i es deixen actives les àrees exteriors. També és

útil per saber on s’ha produït l’activació d’un sensor.

dispositius d’un sistema d’alarma

La central d’alarma rep la informació dels sensors i en cas d’activar-se’n algun ha de posar en marxa el

sistema d’avís, el qual pot consistir en:

- avís acústic

- avís lluminós

20

- encesa de llums a l’àrea afectada

- trucada telefònica a una central d’alarmes

- trucada telefònica al propietari

L’activació o desactivació de l’alarma es pot fer a través de diferents sistemes. A través d’una clau específica,

amb teclat, amb comandament a distància o via telèfon. La central d’alarma porta una bateria per tal

d’assegurar l’alimentació elèctrica en qualsevol cas.

Un sistema de suport que pot estar integrat en un sistema d’alarma, és la simulació de presència, de manera

que de forma programada o aleatòria, al llarg del dia es posen en marxa diferents elements de la casa per fer

veure que hi ha algú. Per exemple, de dia es pot posar en marxa un aparell de ràdio o el televisor, de nit

s’encenen i s’apaguen llums, per donar la sensació de que la casa és habitada.

La Domòtica

La paraula domòtica és la contracció de domus (casa en llatí) i informàtica. La domòtica es podria definir com

la integració de les tecnologies de l’automatització en tota les seves dimensions juntament amb les

tecnologies de la informació i la comunicació a l’àmbit domèstic, per gestionar l’accionament de la

il·luminació, els electrodomèstics, la climatització, l’alarma, les comunicacions, per tal d’aconseguir un major

confort i comoditat a la llar juntament amb una millora de l’eficiència energètica. Cal esmentar que pot

afavorir la qualitat de vida a les persones discapacitades.

Un sistema domòtic consta d’una central que gestiona la informació i pren les decisions en funció dels

paràmetres que se li hagin programat. Pot haver subsistemes que prenguin localment decisions. La

modificació dels paràmetres i el control del sistema es poden fer localment o remota.

Per establir la comunicació dels elements del sistema domòtic s’ha de crear una xarxa en que tots puguin

dialogar amb un protocol comú. Hi ha diferents estàndards: X-10, EIB, EHS.

21

El sistema més antic i senzill és la xarxa X-10 que no requereix d’un cablat específic sinó que empra la

mateixa instal·lació elèctrica per comunicar-se, d’aquesta manera s’aprofita la instal·lació existent i es pot

aplicar de forma ràpida. És modular i permet la connexió de fins a 256 elements, els quals al formar part

d’una xarxa se’ls ha d’assignar una adreça per identificar-los. El mòdul per al control s’interposa entre la

xarxa i l’electrodomèstic en qüestió. El protocol de comunicació té 6 ordres: encès, apagat, tot encès, tot

apagat, augmentar, reduir. La gestió es pot fer localment, amb ordinador o amb comandament a distància i

remotament amb telèfon, mòbil o fix, i per Internet.

elements d’un sistema X-10:

Un sistema més evolucionat i amb molta més capacitat de gestió és l’EIB (European Installation Bus)

Requereix la instal·lació de cables per estructurar la xarxa. És prou potent com per automatitzar grans

sistemes com edificis de centres comercials, oficines, etc. La gestió del sistema és descentralitzada, de

manera que des de qualsevol punt de la instal·lació es pot controlar tota la xarxa. Quan els criteris de gestió

de la domòtica s’apliquen a edificis que no són vivendes aquesta tecnologia rep el nom d’immòtica.

Exercici 2.10. Un forn elèctric disposa d’un control de llaç per mantenir la temperatura seleccionada, però en

el cas de l forn microones és de llaç obert. Dedudeix perquè el microones no porta un sistema de control de

temperatura.

Exercici 2.11. Quina és la principal aportació de l’automatització a un fregidora? Quin avantatge comporta?

22

Exercici 2.12. Quins riscos comportaria que es trenqués el vidre del microones i la xarxa metàl·lica que porta?

Exercici 2.13.Quin tipus de mecanisme porta la rentadora per evitar que es posi en marxa si la porta és

oberta? Quin tipus de connexió elèctrica faries en el circuit de posada en marxa per obtenir l’efecte

esmentat?

Exercici 2.14. En el cas de la rentadora hi ha accions que responen al control de llaç tancat. Partint de

l’esquema i la descripció de que disposes, omple la taula següent indicant per a cada detector en quina part

del sistema actua i quina és l’acció:

Detector Actuador sobre el que actua Accions de control

Termòstat

De nivell

De porta

Exercici 2.15. Fes un croquis de la planta de casa teva i situa diferents sensors d’alarma per tal de protegir-la

a ds nivells, de l’accés des de l’exterior, però que puguis estar a l’interior sense activar-la (protecció

perimetral), i protecció total sense cap habitant (protecció volumètrica). Si l’alarma s’activa quines accions

creus que hauries de tenir previstes? La sirena hauria de sonar indefinidament fins que algú aturés l’alarma?

Exercici 2.16 queè passaria si un termòstat no tingués un marge d’histèresi? Si en un sistema de climatització

el marge d’histèresi fos molt gran, què notaríem?

Exercici 2.17. Alguna vegada hauràs vist que en una zona enjardinada el sistema de reg automàtic funciona

malgrat que en aquell moment estigui plovent a bots i barrals. Quin tipus de sistema de control deu portar el

reg? Com es podria resoldre aquesta problemàtica?

23

Exercici 2.18. Si la porta automàtica d’un supermercat en lloc d’acostar-se una persona s’hi acosta un carro,

la porta s’obre? Per què?

Exercici 2.19. A efectes d’estalvi d’energia en un aparell convertidor d’energia, què és preferible, un sistema

de llaç obert o un de llaç tancat? Justifica la resposta

Exercici 2.20. Creus que un termòstat amb una resolució de 4ºC és adequat per controlar la temperatura de

climatització d’una estança? I d’una fregidora?