Fundamentos de Control y Robótica: Sistemas y Automatización Industrial

Control y Robótica

El gran desarrollo de los ordenadores ha permitido dotar de cierta inteligencia a las máquinas llamadas robots, que sobre todo consiste en que pueden reaccionar ante los cambios de su entorno y ser programados para distintas tareas.

Automatismos y Sistemas de Control

Un sistema de control es un conjunto de elementos que, interconectados, permiten automatizar una máquina o un proceso.

En general, los sistemas automáticos tienen una estructura que se compone de:

• Sensor: Son los elementos que captan la información del entorno y se usan para medir magnitudes físicas como velocidad, temperatura, humedad, presión, nivel de iluminación, etc.
• Controlador: Suele ser un circuito o un CI (Circuito Integrado) que recibe la información del sensor y, en función de eso, activa o no un actuador (motor, radiador, lámpara, etc.). En los sistemas automáticos complejos, el controlador puede ser incluso un ordenador.
• Actuador: Es el elemento que lleva a cabo la acción; puede ser un relé, motor, lámpara, cilindro neumático, etc.

Tipos de Sistemas de Control

• De lazo abierto: El sistema se activa o se desactiva sin tener en cuenta el estado de la salida. Por ejemplo: un sistema de riego de un jardín que no tiene en cuenta el grado de humedad del suelo.
• De lazo cerrado: En este, el funcionamiento depende del estado de la salida porque desde ahí se obtiene información (realimentación). En este caso, la salida se compara con la entrada (por ejemplo, el nivel de humedad).

Sensores

Son los elementos que captan y miden las magnitudes físicas. Entre los tipos principales destacan:

• Temperatura: Basados en la dilatación o en la variación de resistencia eléctrica.
• Posición: Finales de carrera, de proximidad magnéticos, ópticos de efecto barrera, inductivos, capacitivos, etc.
• Variación de fuerza: Galgas extensiométricas.
• Otros: Detector de humedad, de gas, de sonido, etc.

Control Electrónico y Robótica

Control Programado

Los sistemas de control programado usan dispositivos (microprocesadores, memorias, etc.) que almacenan en su interior un programa. De este modo, no es necesario cambiar circuitos, sino solo cambiar las instrucciones del programa.

Control mediante ordenador

Para este fin, es precisa una tarjeta controladora y un programa. La tarjeta comunica el ordenador con el robot, es decir, actúa de interfaz. El PC obtiene datos que provienen de los sensores del robot o de la instalación, lo que permite, a su vez, activar motores, luces, etc.

La tarjeta se conecta a un puerto del PC (serie, paralelo, USB) y dispone de entradas analógicas y digitales.

El programa es un conjunto de instrucciones que se almacenan en la memoria del PC para determinar el funcionamiento del sistema.

Adquisición de Datos

Como el PC tiene que captar datos de su entorno y esos datos muchas veces son señales analógicas (temperatura, presión, humedad, etc.), es necesario traducirlas a digitales. Para ello, se precisa un ADC (Conversor Analógico-Digital).

Este conversor se caracteriza por el número de bits que asigna a cada muestra analógica. Por ejemplo: un ADC de 3 bits asignará valores desde 000 a 111. Si la amplitud máxima es de 5V, entonces 5 / 8 = 0.62V por combinación.