IIoT Industrial: sensores capacitivos e inductivos, control PID y configuración en TIA Portal

Internet Industrial de las Cosas (IIoT)

El Internet Industrial de las Cosas (IIoT) es el conjunto de sensores, instrumentos y dispositivos autónomos conectados a través de Internet a aplicaciones industriales. Esta red permite recopilar datos, realizar análisis y optimizar la producción, aumentando la eficiencia y reduciendo los costes del proceso de fabricación y prestación de servicios. Las aplicaciones actuales del IIoT se concentran, sobre todo, en manufactura, transporte y energía. La diferencia entre el Internet de las Cosas (IoT) y su versión industrial (IIoT) es que, mientras el IoT está enfocado a servicios para los consumidores, el IIoT se concentra en aumentar la seguridad y la eficiencia en los centros de producción.

Estructura en capas del IIoT

El funcionamiento de los sistemas de IIoT se basa en una estructura por capas:

• Dispositivos: La parte visible del sistema son los dispositivos: sensores, actuadores y otros elementos de campo.
• Red: Se establece entre estos dispositivos y los servidores a través del cloud computing o el edge computing.
• Servicios: Son las aplicaciones informáticas que ofrecen un servicio.
• Contenido: Es la interfaz con el operario humano.

Aplicaciones y beneficios del IIoT

Aplicaciones del IIoT:

• Uso de vehículos autónomos.
• Optimización del rendimiento de las máquinas.
• Reducción de los errores humanos.
• Mejora de la logística y la distribución.
• Disminución del número de accidentes.

Beneficios: aumenta la productividad, crea nuevas ideas de negocio y reduce el coste de los activos.

Control todo o nada y control con histéresis

El control todo o nada es un método de control muy simple en el que el actuador solo puede estar en dos estados: encendido o apagado. Funciona comparando la variable medida con una consigna; si está por debajo, el sistema se activa, y si está por encima, se desactiva, lo que provoca conmutaciones frecuentes cuando la variable oscila cerca del valor deseado.

Para evitar este problema se utiliza el control todo o nada con histéresis, que introduce una banda de tolerancia con dos umbrales (uno de encendido y otro de apagado), de modo que el actuador no cambia de estado hasta que la variable cruza claramente esos límites. Esto reduce los encendidos y apagados continuos, mejora la estabilidad del sistema y alarga la vida de los actuadores, aunque la variable ya no se mantiene exactamente en la consigna, sino dentro de un rango.

Control PID

El control PID es un método de control más avanzado que combina tres acciones:

• Proporcional (P): corrige el error actual entre la consigna y la medida.
• Integral (I): acumula el error en el tiempo para eliminar errores persistentes.
• Derivativa (D): anticipa el comportamiento futuro del sistema según la velocidad de cambio del error.

El PID logra una respuesta más estable, rápida y precisa que el control todo o nada.

Sensores: capacitivos vs inductivos

Sensor capacitivo

Un sensor capacitivo detecta cambios en la capacitancia cuando un objeto se aproxima al sensor, lo que altera el campo eléctrico entre sus electrodos; esto le permite detectar no solo metales, sino también materiales no metálicos como plásticos, líquidos o polvos. Su sensibilidad puede ajustarse para diferentes aplicaciones, aunque es más susceptible a factores ambientales como humedad o polvo.

Sensor inductivo

Por otro lado, un sensor inductivo funciona mediante inducción electromagnética, generando un campo magnético que se altera únicamente en presencia de objetos metálicos. Esta tecnología es muy robusta y fiable en entornos industriales con suciedad, vibración o humedad, pero solo detecta metales y suele tener un rango de detección menor comparado con los capacitivos.

Resumen comparativo

En resumen, los capacitivos son más versátiles en cuanto a tipos de material y aplicaciones (como nivel de líquidos o presencia de plásticos), mientras que los inductivos son la opción preferida cuando se requiere detección precisa de metales en condiciones difíciles.

TIA Portal: normalización y escalado

En TIA Portal, la normalización y el escalado se usan para adaptar las señales analógicas de los módulos de entrada y salida a valores manejables por el programa. La normalización consiste en convertir el valor bruto que lee el PLC (por ejemplo, 0–27648 o −27648–+27648 según el módulo) a un valor adimensional y proporcional, normalmente entre 0.0 y 1.0 o −1.0 y 1.0, lo que facilita el tratamiento matemático y el uso en reguladores como el PID.

El escalado, en cambio, transforma ese valor normalizado o bruto a unidades reales de proceso, como °C, bar o %, permitiendo que el programa trabaje con magnitudes físicas comprensibles; en TIA Portal estas operaciones se realizan habitualmente con los bloques estándar NORM_X (normalización) y SCALE_X (escalado).