SENSORESInforman sobre el estadodel proceso a controlar

ACTUADORESCambian alguna

variable que influye en el proceso

CONTROLADORAnaliza las mediciones y elaboraseñales para los actuadores

SENSORES

Los sensores son los elementos que permiten obtenerinformación de lo que sucede en el proceso. Se pueden distinguirdos tipos de sensores, según la información que proporcionan:

Detectores. Son los sensores que proporcionan una salida binaria (activa oinactiva). Los más frecuentes son los detectores de proximidad, quenormalmente detectan la presencia de un objeto, aunque también sonfrecuentes los detectores de nivel, de temperatura o de presión.

Transmisores. Son los sensores que proporcionan una salida continuaproporcional a una magnitud física. Esta salida puede ser analógica (entensión o en corriente), o digital (codificada en binario, o en forma depulsos). Los transmisores se utilizan en los sistemas de control analógico enlos que se controla una variable continua. En automatismos también sonfrecuentes, utilizándose el valor continuo para obtener un valor binariomediante comparación con un limite determinado (i.e. la temperatura essuperior o inferior a 70 ºC).

DETECTORES DE PROXIMIDAD

Los detectores de proximidad son aquellos que se activan odesactivan en función de la presencia o ausencia de un objeto.Se clasifican según el principio físico en que se basan:

Final de carrera (mecánico)Fotoeléctrico (óptico)InductivoCapacitivoUltrasónico

En detectores de final de carrera, la salida es siempre uncontacto que abre o cierra, mientras que el resto de puedentener una salida de contacto (o relé), o bien de otros tipos(transistor o triac, por ejemplo).

FINALES DE CARRERASon interruptores que se abren o cierrandebido al contacto físico del objeto adetectar. Pueden tener un solo contacto ovarios. Es habitual que tengan un contactonormalmente cerrado y otro normalmenteabierto.

El elemento de mando con el que el objetocontacta puede ser: pulsador, pulsador conroldana, palanca, palanca con roldana o palancaflexible.

Las salidas pueden ser 0-24 Vcc, 0-24 Vac, 220 Vac.

Se utilizan normalmente para detectar elmovimiento de mecanismos, es decir, paradetectar la posición de una parte móvil de unamáquina, no para detectar objetos (productos).

DETECTORES DE PROXIMIDAD SIN CONTACTOLos detectores de final de carrera son los únicos elementosque necesitan que el objeto a detectar contacte físicamentecon el sensor. Los demás tipos detectan el objeto sin contactofísico. Tienen dos particularidades importantes:

Características de detección. Se refiere a materiales quepuede detectar, distancia de detección, histéresis.Dependen fundamentalmente del tipo de detector.

Características de la salida y alimentación de energía.Tiene que ver con el tipo de señal de salida queproporcionan (transistor, relé, triac, etc.), frecuencia (oretardo) de conmutación, tensión de alimentación. Estoes general para todos los detectores de este tipo.

DETECTORES ÓPTICOS O FOTOELÉCTRICOSConstan de un emisor de luz, y un receptor que detecta la luz emitida. Elemisor es un diodo LED, mientras el receptor es un fotodiodo o fototransistor,con la electrónica necesaria de amplificación.

Se utiliza para la detección de todotipo de objetos. La detección seproduce por el cambio en la cantidadde luz recibida por el receptor debidoa la presencia del objeto. El tipo de luzsuele ser infrarroja, aunque endeterminadas aplicaciones se usatambién luz roja (cuando se desea queel haz de luz sea visible).

Se pueden distinguir tres tipos de detectoresfotoeléctricos en función de como interviene elobjeto en la modificación de la cantidad de luzrecibida: barrera, reflex y difuso.

DETECTORES ÓPTICOS DE BARRERASe tiene por una parte el emisor y por otra el receptor. En funcionamientonormal el haz emitido llega al receptor. Si se interpone un objeto entre ellosinterrumpiendo el haz de luz, el receptor deja de recibir, y se detecta el objeto.

La detección se produce cuando el objeto es opaco e interrumpe una partesuficiente del haz efectivo (del orden del 50 %). La anchura del haz efectivovaria de unos modelos a otros, y depende de las lentes utilizadas.

Tiene la ventaja de tenermuy largo alcance (lleganhasta 200 m). No sonadecuados para objetostranslúcidos .

DETECTORES ÓPTICOS REFLEXEl emisor y el receptor se encuentran integrados en el mismo dispositivo. El hazde luz emitido se refleja en una placa especial reflectora o en el objeto, siendodetectado ese reflejo por el receptor.

Es más barato por tener solo unelemento. Pero el alcance esmenor que el de barrera (aunquepuede ser de varios metros).Puede tener errores de detecciónsi el objeto es brillante.

DETECTORES ÓPTICOS DIFUSOSEn este tipo de detector, el emisor y el receptor están también en el mismodispositivo. Su manera de funcionar es parecida a los reflexivos, nada másque en este caso el elemento a detectar produce la reflexión.

Luz reflejada por el objeto

El sensor detecta la

energía

Se denomina difuso porque lareflexión en la superficie del objetoes difusa y dispersa la luz reflejada.La distancia de detección es menorde un metro.

El sensor capta el flujo de energíareflejado.

Ideales para las aplicaciones quesólo tienen un lado accesible.

VENTAJAS

Detección sin contacto

Detección de todo tipo de materiales

Alta velocidad de respuesta

Detección de grandes distancias

Eventualmente puede identificar colores

Alta precisión con objeto pequeños

APLICACIONES

DETECTORES ÓPTICOS

Detección de botellas opacas mediante sensores de barrera

Detección réflex de botellas transparentes

Detección de cartones mediante reflexión difusa

DETECTORES DE PROXIMIDAD INDUCTIVOS

Sirven para detectar lapresencia de objetos metálicos,tanto ferro-magnéticos (comoel hierro o acero), como los queno lo son (cobre o aluminio,por ejemplo).

Los cambios en la señal desalida basan en la modifi-cación que sufre la inductanciaproducto de la presencia delmetal en las proximidades deldetector.

REQUERIMIENTOS PARA SELECCIONAR DETECTORES INDUCTIVOS

Entre los parámetros a tener en cuenta cuando seelige un detector inductivo se destacan:

Distancia de detecciónHistéresisCurva de detecciónTipo de salidaTiempo de respuestaForma y tamañoRestricciones de montaje

Montajes enrasable y no enrasable

APLICACIONES DE DETECTORES INDUCTIVOS

En la industria de alimentos,la presencia de recipientes

metálicos (o tapas de metal)

Detección de piezas metálicas en líneas de montaje

Detección de sentido de giro

DETECTORES DE PROXIMIDAD CAPACITIVOS

Se basan en la modificación de lacapacidad del sensor debido a lapresencia del objeto. Para que el objetomodifique la capacidad es necesarioque su constante dieléctrica cambierespecto de la del aire. Sirven, portanto, para detectar la presencia detodo tipo de objetos, metálicos y nometálicos, siempre que su constantedieléctrica sea mayor a la del aire.

Cuanto mayor sea esa constantedieléctrica, mayor el tamaño del objetoy menor la distancia al detector, mayorserá el aumento de la capacidad, y portanto más fácil será la detección.

REQUERIMIENTOS PARA SELECCIONAR

DETECTORES CAPACITIVOSLos criterios de selección son similares a

las de los inductivos.

Distancia de detecciónHistéresisCurva de detecciónTipo de salidaTiempo de respuestaForma y tamañoRestricciones de montaje

APLICACIONES DE DETECTORES CAPACITIVOS

Detección de nivel de sólidos y líquidos

Detección de recipientes vacíos

Detección botellas

con tapa

Onda reflejada

Onda original

Distancia

Detector Ultrasónico

Ob

jeto

DETECTORES DE PROXIMIDAD ULTRASÓNICOSSirven para detectar todotipo de objetos. Se basan enla emisión de un ultrasonido,y la recepción del ecoproducido los objetospróximos. Suelen tenerdistancias de detecciónmayores que los otrosdetectores de proximidad.

APLICACIONES DE DETECTORES ULTRASÓNICOS

Posición de piezas en una cinta

transportadora

Detección de nivel en tanques

(Granulados, pastas o Líquidos)

Presencia-Ausencia departes. Detección de

piezas de vidrio o transparentes

MATERIAL DISTANCIADETECTOR

RECOMENTADO

Solido

Metálico< 4 cm Inductivo

> 4 cm Fotoeléctrico

No metálico< 4 cm Capacitivo

> 4 cm Fotoeléctrico

Polvo o gránulos

Metálico< 4 cm Inductivo

> 4 cm Ultrasónico

No metálico< 4 cm Capacitivo

> 4 cm Ultrasónico

Líquido

Transparente< 4 cm Capacitivo

> 4 cm Ultrasónico

Opaco< 4 cm Capacitivo

> 4 cm Fotoeléctrico

GUÍA PARA LA SELECCIÓN DETECTORES DE PROXIMIDAD

SENSOR VENTAJAS DESVENTAJAS APLICACIONES

Final de carrera

•Bajo costo•Manejo de alta corriente•Gran difusión

•Requiere contacto físico•Respuesta lenta

•Enclavamiento•Detecciones básicas de final de trayectoria

Foto-eléctrico

•Todo tipo de materiales•Larga vida útil•Rangos estrechos de detección•Rápida respuesta

•Contaminación de las lentes•Detección afectada por color y reflexibilidad del blanco

•Empaques•Manejo de material a granel•Detección de partes

Inductivo

•Resistente en ambientes difíciles •Predecible y Larga vida •Fácil de instalar

•Limitación en las distancias

• Industrias y maquinarias•Máquinas herramienta

Capacitivo

•Detecta contenido de recipientes•Blancos no metálicos

•Muy sensible a condiciones ambientales severas

•Nivel de sólidos, pastas y líquidos

Ultrasónico

•Sensa cualquier material •Performance sensible a cambios de temperatura

•Anti-colisión•Control de Nivel •Puertas

COMPARACIÓN DE DETECTORES DE PROXIMIDAD

DETECTORES DE VARIABLES CONTINUASSe utilizan en la industria detectores de variables continuas que producensalidas binarias al comparar su valor con uno de referencia.

Temperatura. Existen multitud de sensorespara medir la temperatura. Los más utilizadosson: termocupla, resistencia de platino(Pt100) y bimetálicos.Nivel. Existen diversos sensores para medir elnivel de líquidos, pastas y sólidos endepósitos. Los más comunes son: capacitivos,diapasón, de paletas y ultrasónicos.Caudal. Se usan de turbina, de presióndiferencial, electromagnético y ultrasónico.Presión. Se basan en medir la fuerzaproducida por el fluido sobre un elementoelástico.Peso: lo común son las celdas de carga.

Temperatura

Presión

Celda de carga

ACTUADORES

Los actuadores en general son los elementos que convierten lasseñales eléctricas del equipo de control en acciones físicas sobreel proceso. En los automatismos se suele distinguir entre pre-actuadores y actuadores.

El pre-actuador es el elemento que actúa de interfaz, recibiendocomo entrada la señal eléctrica y gobierna el elemento queproduce modificaciones en el campo que es el actuadorpropiamente dicho.

PRE-ACTUADORESCilindro neumáticoCabezales neumáticosMotores eléctricosReléContactor

ACTUADORESBombaVentiladorVálvulaCilindro neumático

ACTUADORES NEUMÁTICOS

Los actuadores neumáticospor excelencia son loscilindros. Éstos se muevenpor acción del airecomprimido que actúa auno de los lados del pistón.

Para que los cilindrosactúen es necesario poner apresión una parte delcilindro y a venteo la otra.

Los actuadores neumáticostienen la gran ventaja de lacomodidad y limpieza delfluido que utilizan.

Constituyen pre-actuadoresde válvulas y registros deaire.

ACTUADORES ELÉCTRICOS

Los actuadores eléctricos por excelencia sonlos motores. Los más utilizados son losmotores de inducción. Son los máseconómicos. Funcionan con tensión alterna. Seutilizan, fundamentalmente, para aplicacionesdonde se controla la velocidad. Aplicacionestípicas son las cintas transportadoras,ventiladores, bombas, compresores, etc.

Otro actuador eléctrico que suele usarse sonlas resistencias calefactoras. Se empleanfundamentalmente en sistemas térmicos paracalentar (como hornos, por ejemplo).

PRE-ACTUADORES ELÉCTRICOS

Entre los preactuadoreseléctricos se pueden destacar:

Relé. Con un contacto de unrelé se puede conectar odesconectar un motor decontinua o una resistenciacalefactora.

Contactor. Con un contactortrifásico se puede conectar odesconectar directamente unmotor de inducción o tresresistencias calefactoras.Cuando no hay problemas decorrientes de arranque estemétodo puede ser suficientepara conectar o desconectarun motor de inducción.

Con estos dos dispositivos seaísla el circuito de conmutacióndel de potencia.

ACTUADORES PARA CONTROL DE FLUIDOS

Las válvulas permiten o impiden el paso del fluido por elconducto gracias al movimiento de un elemento queproduce la obturación. En función de las posiblesposiciones las válvulas se clasifican en:

Válvulas todo/nada (ON/OFF). Pueden estartotalmente abiertas o totalmente cerradas.Requieren por lo tanto una señal binaria (activo oinactivo).

Válvulas proporcionales. Pueden adoptar cualquierposición intermedia entre la apertura completa y elcierre completo. Requieren por lo tanto una señalcontinua (en tensión o en corriente, por ejemplo).Se usan normalmente en control continuo.

Los más importantes son las válvulas (para líquidos y gases), lasbombas (líquidos) y los ventiladores y compresores (gases).

ACTUADORES PARA FLUIDOS - VÁLVULASLas válvulas permiten o impiden elpaso del fluido por un ductogracias a un elemento quemodifica la obturación en lasección de pasaje.

Las válvulas todo/nada (ON/OFF)pueden estar cerradas ocompletamente abiertas.

Entre las válvulas ON/OFF, la másdifundida, es la Electroválvula. Elelemento móvil se mueve por laacción de un campo magnéticoproducido por una bobina. Laapertura o cierre se consigueponiendo en tensión o desconec-tando la bobina.

Válvulas neumáticas. El elemento móvil esaccionado por un elemento neumático(cabezal de membrana o cilindros con airecomprimido) que constituye el pre-actuador.El conversor de señal eléctrica en señalneumática forma parte de este pre-actuador.

Válvulas motorizadas. Son aquellas en las que elelemento móvil es accionado por un motor eléctrico(pre-actuador). Suelen incorporar el equipoelectrónico para control del motor eléctrico.

ACTUADORES PARA FLUIDOS - VÁLVULAS