Conceptos Fundamentales de Automatización Industrial

Sensores

Los sensores son dispositivos que detectan eventos o cambios en su entorno y envían la información correspondiente.

Sensores de Presencia

Detectan la presencia o ausencia de un objeto.

• Contacto: Electromecánicos.
• Proximidad: Inductivos, Capacitivos, Ópticos, Ultrasonidos, Lengüetas.

Sensores de Posición y Distancia

Miden la posición lineal o angular, o la distancia a un objeto.

• Potenciómetro
• Encoder Absoluto
• Encoder Incremental
• Sincro/Resolver
• Inductivo
• Ultrasonido
• Óptico

Sensores de Temperatura

Miden la temperatura de un medio.

• Contacto: Termopares, Termistores, Termorresistencia, Circuitos Integrados.
• Sin Contacto: Infrarrojos.

Sensores de Fuerza

Miden la fuerza aplicada sobre un objeto.

• Carga Extensiométrica
• Dispositivos Capacitivos
• Dispositivos Piezoelectrónicos

Sensores de Aceleración

Miden la tasa de cambio de velocidad.

• Carga Extensiométrica
• Piezoeléctricos
• Piezorresistivos

Sensores de Caudal

Miden el volumen o la masa de un fluido que pasa por un punto en un tiempo dado.

• Por Caudal (Volumétricos)
• Por Velocidad: Magnéticos, Turbina, Ultrasonidos.
• Por Flujo Másico: Térmicos.
• Por Inferencia: Presión Diferencial, Fuerza, Área Variable.

Sensores de Nivel

Miden la altura de un líquido o material granular.

• Flotador
• Conductividad Eléctrica
• Capacitivos
• Inductivos
• Ópticos
• Ultrasonidos
• Presión

Lenguajes de Programación

Clasificación de lenguajes utilizados en automatización, especialmente para autómatas programables.

• Textuales: Lenguajes Literales (Lista de Instrucciones, Texto Estructurado).
• Gráficos: Diagrama de Contactos (Ladder Diagram), Diagrama de Bloques Funcionales.

Fuentes de Alimentación

Suministran las distintas corrientes continuas (CC) que necesitan los circuitos electrónicos del autómata para poder funcionar.

Criterios para Elegir una Fuente de Alimentación

• Potencia
• Tensión de Entrada
• Baterías (para respaldo)

Aire del Compresor

El aire comprimido es fundamental en muchos sistemas de automatización que utilizan componentes neumáticos.

Tratamiento del Aire Comprimido

El tratamiento del aire comprimido es esencial para el correcto funcionamiento y la vida útil de los componentes neumáticos.

• Etapas del Tratamiento: Filtrado, Secado, Refrigeración.
• Aplicaciones/Uso: Aire Atmosférico (captación), Almacenamiento y Distribución, Válvulas, Actuadores, Máquinas.

Bus de Campo

Actúan como sistema de comunicación entre los sistemas de automatización (PLCs, PCs industriales) y los dispositivos de campo (sensores, actuadores).

Por los buses de campo se transmiten datos de entrada/salida, parametrización, diagnósticos y programas de aplicación.

Se compone de Emisor, Medio o Canal y Receptor.

Características Clave para la Elección de un Bus de Campo

Al seleccionar un bus de campo, se deben considerar varios aspectos técnicos y operativos:

• Nivel Mecánico
• Nivel Eléctrico
• Nivel Lógico
• Nivel de Temperatura (condiciones ambientales)
• Nivel de Transferencia (velocidad)
• Medio Físico (cable, fibra óptica, inalámbrico)
• Topología (estrella, anillo, bus, etc.)
• Tipo de Transmisión (síncrona, asíncrona)
• Método de Acceso al Medio (CSMA/CD, Token Passing, etc.)
• Velocidad de Transferencia
• Distancias Máximas
• Número de Equipos Conectables

Modo de Ejecución Periódica del Autómata

Consiste en que los ciclos de ejecución del programa tienen un periodo fijo y constante. El tiempo de ejecución real del programa puede variar, pero el autómata espera hasta completar el periodo asignado antes de iniciar el siguiente ciclo. Esto asegura una temporización predecible.

En este modo, todos los ciclos duran el mismo periodo.

Ciclo del Autómata Programable (PLC)

Es la secuencia de operaciones que un autómata realiza de forma repetitiva para controlar un proceso. Un ciclo completo incluye:

1. Lectura de Entradas: El autómata lee el estado actual de todas sus entradas.
2. Ejecución del Programa: El autómata ejecuta el programa de control, realizando los cálculos y la lógica necesarios basándose en el estado de las entradas.
3. Escritura de Salidas: El autómata actualiza el estado de sus salidas según el resultado de la ejecución del programa.

Una vez completadas estas etapas, se considera que se ha cumplido un ciclo del autómata y se inicia el siguiente.

Elementos de una Red de Petri

Una Red de Petri es una herramienta matemática para modelar sistemas concurrentes y distribuidos. Sus elementos básicos son:

• Lugares (representan estados o condiciones)
• Transiciones (representan eventos o acciones)
• Arcos (o Flechas, conectan lugares y transiciones)
• Marcas (o Tokens, representan la presencia de una condición en un lugar)

Autómata Programable (PLC)

Es un sistema secuencial o un equipo electrónico diseñado para controlar en tiempo real procesos secuenciales o discretos. Se programa utilizando lenguajes específicos (a menudo no informáticos en el sentido tradicional, como los gráficos) y es robusto para entornos industriales.

Detalle de Sensores Específicos

Potenciómetro

Es una resistencia variable que se utiliza para detectar posiciones. Puede detectar rangos de posición (ej. entre 2 mm y 8 mm) o posiciones angulares (ej. mediante un giro de 10º o hasta 6 vueltas). Su salida es analógica.

Sensores de Posición Digital

Estos sensores suelen basarse en un disco con una máscara (o patrón) que se mueve solidariamente con la pieza cuya posición se desea medir. La detección se realiza típicamente de forma óptica.

Encoder Absoluto

Entrega una salida digital binaria, a menudo codificada en código Gray. La principal ventaja es que no necesita un punto de referencia al inicio y no pierde información de posición si se interrumpe la alimentación.

Encoder Incremental

Genera una serie de pulsos a medida que se mueve. La posición se determina contando estos pulsos desde un punto de referencia conocido. Tiene una alta resolución (ej. hasta 5000 pulsos por vuelta). Necesita un punto de referencia inicial y pierde la información de posición si se interrumpe la alimentación. Permite detectar el sentido de giro (bidireccional).

Sincro y Resolver

Son transductores de posición angular electromagnéticos. Están formados por transformadores con devanados rotativos.

• Sincro: Típicamente tiene un rotor monofásico y un estator trifásico.
• Resolver: Típicamente tiene un estator bifásico y un rotor monofásico.