apuntes unidad i sistemas programable

ÍndiceUnidad 1

1.1 Ópticos......................................................................................................................2

1.1.1 Tipos...............................................................................................................................

1.1.2 Funcionamiento..............................................................................................................

1.1.3 Características................................................................................................................

1.1.4 Modo de comunicación..................................................................................................

1.2 Temperatura..............................................................................................................5

1.2.1 Tipos...............................................................................................................................

1.2.2 Funcionamiento..............................................................................................................



1.3 Presión......................................................................................................................8

1.3.1 Tipos...............................................................................................................................

1.3.2 Funcionamiento..............................................................................................................



1.4 Proximidad..............................................................................................................10

1.4.1 Tipos...............................................................................................................................

1.4.2 Funcionamiento..............................................................................................................



Bibliografía ...................................................................................................................14

Conclusión.....................................................................................................................15

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE CIUDAD ACUÑA

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1.1 ÓpticosUn sensor óptico se basa en el aprovechamiento de la interacción entre la luz y la materia para determinar las propiedades de ésta. Una mejora de los dispositivos sensores, comprende la utilización de la fibra óptica como elemento de transmisión de la luz.

Diagrama Básico:

TiposLos principales sensores ópticos son las fotorresistencias, las LDR.Recordemos que se trataba de resistencias cuyo valor disminuía con la luz, de forma que cuando reciben un haz de luz permiten el paso de la corriente eléctrica por el circuito de control. Cuando una persona o un obstáculo interrumpen el paso de la luz, la LDR aumenta su resistencia e interrumpe el paso de corriente por el circuito de control.

Las LDR son muy útiles en robótica para regular el movimiento de los robots y detener su movimiento cuando van a tropezar con un obstáculo o bien disparar alguna alarma. También sirven para regular la iluminación artificial en función de la luz natural.

El circuito que aparece en la imagen superior derecha nos permitiría controlar la puesta en marcha de una alarma al disminuir la intensidad luminosa que incide sobre un LDR.

Funcionamiento


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Existen diferentes técnicas ópticas que pueden aplicarse a la

medida de diferentes parámetros. Podemos medir la atenuación-transmisión espectral de la luz al atravesar un determinado medio, lo que nos permitirá encontrar los elementos discretos presentes en ese medio y su concentración.

También pueden realizarse medidas de tipo interferométrico, en las que la propiedad de la radiación que sufre cambios debido al efecto externo es la fase, con lo que empleando otro haz luminoso de fase conocida como referencia, es posible determinar la magnitud de ese efecto externo.

Características

- Detección sin contacto físico- Grandes alcances- Detección de todo tipo de objetos, independientemente de su forma y color- Testigo óptico de estado (LED)- Ejecución robusta y fiable para aplicaciones industriales

Exactitud. Se debe poder detectar el valor verdadero de la variable sin errores sistemáticos. La media de los errores cometidos debe tender a cero.• Precisión. Una medida será más precisa que otra si los posibles errores aleatorios en la medición son menores.

Rango de funcionamiento.


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El sensor debe tener un amplio rango de funcionamiento, es

decir, debe ser capaz de medir de manera exacta y precisa un amplio abanico de valores de la magnitud correspondiente.Velocidad de respuesta.El sensor debe responder a los cambios de la variable a medir en un tiempo mínimo. Lo ideal sería que la respuesta fuera instantánea.• Calibración. Es el proceso mediante el que se establece la relación entre la variable medida y la señal de salida que produce el sensor. Debe poder realizarse de manera sencilla y además el sensor no debe precisar una re calibración frecuente.• Fiabilidad. El sensor debe ser fiable, es decir, no debe estar sujeto a fallos inesperados durante su funcionamiento.

Modo de comunicaciónSe mide es la atenuación de la luz guiada por una fibra óptica a la que se le ha eliminado parcialmente el revestimiento y se ha depositado una multicapa incluyendo algún medio metálico. Dependiendo del índice de refracción del medio en contacto con la capa más exterior, el acoplamiento entre los campos será más o menos intenso, o que se reflejará en la potencia luminosa que sale por el otro extremo de la fibra.


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1.2 TemperaturaSon dispositivos que transforman los cambios de temperatura en cambios en

señales eléctricas que son procesados por equipo eléctrico o electrónico.

TiposHay tres tipos de sensores de temperatura, los termistores, los RTD y los

termopares.

Termistor

El termistor está basado en que el comportamiento de la resistencia de los

semiconductores es variable en función de la temperatura.

Existen los termistores tipo NTC y los termistores tipo PTC. En los primeros, al

aumentar la temperatura, disminuye la resistencia. En los PTC, al aumentar la

temperatura, aumenta la resistencia.

El principal problema de los termistores es que no son lineales según la

temperatura por lo que es necesario aplicar fórmulas complejas para determinar la

temperatura según la corriente que circula y son complicados de calibrar.

RTD ( resistance temperature detector )

Un RTD es un sensor de temperatura basado en la variación de la resistencia de

un conductor con la temperatura.

Los metales empleados normalmente como RTD son platino, cobre, niquel y

molibdeno.

De entre los anteriores, los sensores de platino son los más comunes por tener

mejor linealidad, más rapidez y mayor margen de temperatura.


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Termopar

El termopar, también llamado termocupla y que recibe este nombre por estar

formado por dos metales, es un instrumento de medida cuyo principio de

funcionamiento es el efecto termoeléctrico.

El termopar genera una tensión que está en función de la temperatura que se está

aplicando al sensor. Midiendo con un voltímetro la tensión generada, conoceremos

la temperatura..

Funcionamiento La principal aplicación de los sensores térmicos es, como es lógico, la regulación

de sistemas de calefacción y aire acondicionado, además de las alarmas de

protección contra incendios.

Características Alto grado de protección contra la humedad;

Medición de temperaturas entre – 50 ºC y 800 ºC;

Punta de medición fija o intercambiable;

Elemento de resistencia Pt 100 / Pt 1000, NTC / PTC y termopares;

Disponible con transmisor incorporado;

Disponible con homologaciones marinas.


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1.3 PresiónSon elementos que transforman la magnitud física de presión o fuerza por unidad

de superficie en otra magnitud eléctrica que será la que emplearemos en los

equipos de automatización o adquisición estándar.

TiposMecánicos

Elementos primarios de Medida Directa, miden la presión comparándola

con la ejercida por un líquido. El desplazamiento puede indicarse por un

sistema de flotador y palanca sobre una escala.

Elementos primarios Elásticos, miden la presión por su propia deformación.

La aplicación de una presión a su interior produce indirectamente un

movimiento que se transmite a una aguja indicadora.

Neumáticos, utilizan componentes mecánicos que procuran el equilibrio

entre fuerzas (tubo Bourdon) o de movimientos (elementos de fuelle).

Electromecánicos-Electrónicos, utiliza elementos mecánicos Elásticos

combinado con un transductor eléctrico que genera la señal eléctrica

correspondiente.

Funcionamiento


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Según cual sea la magnitud de la presión se curva de

manera distinta la membrana de la célula del sensor (pocos micrómetros). Las

cuatro resistencias de medición sobre la membrana modifican su resistencia

eléctrica bajo las tensiones mecánicas producidas (efecto piezorresistivo).

CaracterísticasLos sensores de presión están basados en tecnología piezoresistiva, combinada

con microcontroladores que proporcionan una alta precisión, independiente de la

temperatura, y capacidad de comunicación digital directa con PC. Las aplicaciones

afines a estos productos incluyen instrumentos para aviación, laboratorios,

controles de quemadores y calderas, comprobación de motores, tratamiento de

aguas residuales y sistemas de frenado.

Modo de comunicaciónEstán dotados de un elemento sensible a la presión y que emiten una señal

eléctrica al variar la presión o que provocan operaciones de conmutación si esta

supera un determinado valor límite.

Vigilancia de presión neumática

Regulación de presión neumática

Medición del estado de llenado

Medición de peso conjuntamente con cilindros planos

Medición de fuerza/medición de la fuerza del cilindro

Vigilancia de proceso

Comprobación de hermeticidad (fugas)


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1.4 ProximidadEs un transductor que detecta objetos o señales que se encuentran cerca del elemento sensor. Existen varios tipos de sensores de proximidad según el principio físico que utilizan.

Tipos Sensor capacitivo

La función del detector capacitivo consiste en señalar un cambio de estado, basado en la variación del estímulo de un campo eléctrico. Los sensores capacitivos detectan objetos metálicos, o no metálicos, midiendo el cambio en la capacitancia, la cual depende de la constante dieléctrica del material a detectar, su masa, tamaño, y distancia hasta la superficie sensible del detector.

Sensor inductivoLos sensores inductivos de proximidad han sido diseñados para trabajar generando un campo magnético y detectando las pérdidas de corriente de dicho campo generadas al introducirse en él los objetos de detección férricos y no férricos.

Sensor fin de carreraSon dispositivos eléctricos, neumáticos o mecánicos situados al final del recorrido de un elemento móvil, como por ejemplo una cinta transportadora, con el objetivo de enviar señales que puedan modificar el estado de un circuito. Internamente pueden contener interruptores normalmente abiertos (NA), cerrados (NC) o conmutadores dependiendo de la operación que cumplan al ser accionados.

Sensor infrarrojoEl receptor de rayos infrarrojos suele ser un fototransistor o un fotodiodo. El circuito de salida utiliza la señal del receptor para amplificarla y adaptarla a una salida que el sistema pueda entender. La señal enviada por el emisor puede ser codificada para distinguirla de otra y así identificar varios sensores a la vez esto es muy utilizado en la robótica en casos en que se necesita tener más de un emisor infrarrojo y solo se quiera tener un receptor.

Sensor ultrasónicoLos sensores ultrasónicos tienen como función principal la detección de objetos a través de la emisión y reflexión de ondas acústicas. Funcionan emitiendo un pulso ultrasónico contra el objeto a censar, y al detectar el pulso reflejado, se para un


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contador de tiempo que inicio su conteo al emitir el pulso.

Este tiempo es referido a distancia y de acuerdo con los parámetros elegidos de respuesta con ello manda una señal eléctrica digital o analógica.

Sensor magnéticoLos sensores de proximidad magnéticos son caracterizados por la posibilidad de distancias grandes de la conmutación, disponible de los sensores con dimensiones pequeñas. Detectan los objetos magnéticos (imanes generalmente permanentes) que se utilizan para accionar el proceso de la conmutación. Los campos magnéticos pueden pasar a través de muchos materiales no magnéticos, el proceso de la conmutación se puede también accionar sin la necesidad de la exposición directa al objeto.

Sensores de humedadLa detección de humedad puede ser muy importante en un sistema si éste debe desenvolverse en entornos que no se conocen de antemano. Una humedad excesiva puede afectar los circuitos, y también la mecánica de un robot. Por esta razón se deben tener en cuenta una variedad de sensores de humedad disponibles, entre ellos los capacitivos y resistivos, más simples, y algunos integrados con diferentes niveles de complejidad y prestaciones.


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FuncionamientoEstá basado en la emisión de un haz de luz infrarroja, que al chocar sobre un objeto cualquiera, rebota y es captado de nuevo por el sensor.

Los sensores de proximidad inductivos y capacitivos están basados en el uso de osciladores, en los que la amplitud de oscilación varía al aproximar un objeto.

Si un objeto o un medio (metal, plástico, vidrio, madera, agua) irrumpe en la zona activa de conmutación, la capacitancia del circuito resonante se altera. Al aumentar la capacidad, la corriente en el circuito oscilador también aumenta (que es el que suministra la alta frecuencia). El rectificador simplemente convierte la señal alterna en continua. Cuando esta señal alcance un determinado valor, actuará el circuito disparador (Trigger) que controla si la señal proveniente del rectificador corresponde al nivel de referencia necesario para conmutar el dispositivo de salida.

Características


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• La tensión de alimentación es de 5 voltios de

continua. Podrá alimentarse directamente de la salida de 5V para sensores de la controladora ENCONOR.• La salida es de tipo todo-nada y se conectará directamente a alguna entrada digital de las controladoras ENCONOR.• La distancia a la cual se detectará un objeto dependerá de varios factores, entre ellos podemos destacar los siguientes:

a) Si el objeto detectado es más o menos claro.b) Si el color del objeto es brillante o mate.c) Del valor de la resistencia ajustable o potenciómetro de ajuste (sensibilidad).

Modo de comunicaciónLos sensores se comunican con el módulo de entrada (C) vía las antenas (B) que están montadas en la celda. Estos módulos de entrada pueden manejar las señales de hasta 120 sensores inalámbricos simultáneamente y pueden ser conectados al sistema de control existente en la planta por cualquier tipo de protocolo (Profibus DP, Device NET, Mod-bus, AS-I, CANopen etc). Los módulos de entradas (C) pueden ser utilizados en la cantidad que sea necesaria. Si sacamos una cuenta rápida vemos que tan sólo con cinco módulos de entrada (C) podemos manejar hasta 600 sensores en un reducido tamaño (celda productiva).

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