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Fundamentos de sensores
Carlos Javier Moreno Gómez
Ingeniero Electró[email protected]
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Fundamentos
del sensado o
detección de presencia
Manual de capacitación
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Rockwell Automation/Allen-Bradley Fundamentos de la detección de presencia i
Tabla de contenido
PrefacioVisualización en línea con Adobe Ac robat Reader . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Aspectos básicos de la aplicación de sensores¿Qué es un sensor? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-2
Sensores de contacto y sin contacto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1-2Sensado con salida discreta y c on salida analógica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-3
Características y especific aciones de los sensores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1-3Normas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1-5
Aprobación de agencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1-6Método de selección de sens ores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1-7
Salidas y cableadoFuentes de alimentación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-2
Voltajes disponibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-2Voltaje de sensores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-2Protección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-2
Flujo de corriente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-3
Tipos de salida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-4
Electromecánica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-4Estado sólido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-5
Cableado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .2-9Dos hilos o tres hilos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-9
Lógica de salida y tiempo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-12Retardo de tiempo a la conexión y a la desconexión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-12Una sola señal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-13Monopulso retardado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-13
Detección de movimiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2-14
Interruptores de final de carreraPartes de un interruptor de final de carrera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-2
Componentes básicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 -2NEMA frente a IEC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-3Carcasas enchufables frente a no enchufables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-3
Funciones y tipos de accionadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-5Operación y características de los contactos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-7
Ventajas y desventajas de los interruptores de final decarrera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3-12
Aplicaciones típicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3-13
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T ABLA DE CONTENIDO
iiFundamentos de la detección de presencia Rockwell Automation/Allen-Bradley
Sensores de proximidad inductivosDiseño de los sensores de proximidad inductivos . . . . . . . . . . . . . . . .4-2
Componentes básicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-2Diseño blindado o no blindado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-3
Consideraciones relativas al objeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-6
Margen de detección frente a ma terial y tamaño del objeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-6Efectos del material del objeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-7 Efectos del tamaño y la forma del objeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-8Sensores para todos los metales: sele ctivos férricos y no férricos . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-8Movimiento de objetos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-9Inmunidad a campos de solda dura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4-11
Ventajas y desventajas de los sensores de proximidad inductivos 4-12
Aplicaciones típicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4-13
Sensores de proximidad capacitivosDiseño de los sensores de proximidad capacitivos . . . . . . . . . . . . . . .5-2
Componentes básicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-2
Diseño blindado o diseño no blindado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-3Sonda blindada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-3Sonda no blindada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-3
Consideraciones relativas al objeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-5Constantes dieléctricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-5
Consideraciones ambientales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5-7
Ventajas y desventajas de los sensores de proximidadcapacitivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-8
Aplicaciones típicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5-9
Sensores de proximidad ultrasónicosDiseño de los sensores ultrasónicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-2Componentes básicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-2
Margen de detección y haz efectivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-3Distancia de detección mínima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 -3Distancia de detección m áxima . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 -4Haz efectivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-4Supresión de fondo y objetos no diana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-5Consideraciones de espacio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-5Alineación del sensor1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-6
Consideraciones relativas al objeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6-7 Tamaño del objeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-8
Distancia entre el objeto y el sens or . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-8
Consideraciones ambientales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-9Ruido ambiental . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-9Presión del aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-9 Temperatura del aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-9 Turbulencia del aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-9Medidas de protección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 -9
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Rockwell Automation/Allen-Bradley Fundamentos de la detección de presencia iii
Ventajas y desventajas de los sensores de proximidadultrasónicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-10
Aplicaciones típicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6-11
Sensores fotoeléctricos
Diseño de los sensores fotoeléctricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-2Componentes básicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-2
Margen de detección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-8Campo de visión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-8Distancia máxima de d etección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-9Distancia mínima de detec ción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-10Margen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-10Histéresis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-12 Tiempo de respuesta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-12Operación por luz/oscuridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-13
Modos de detección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-14
Detección de haz transmitido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-16Cómo obtener un haz efectivo óptimo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-16Alineación del sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-17 Contorno del haz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-18
Ventajas y desventajas de la detección de haz transmitido . . . . . 7-19
Aplicaciones típicas para detección de haz transmitido . . . . . . . . 7-21
Sensores retrorreflectivos y retrorreflectivos polarizados . . . .7-22Sensores retrorreflectivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-22Sensores retrorreflectivos polarizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-23Alineación del sensor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-24Contorno del haz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-25
Ventajas y desventajas de los sensores retrorreflectivos y retrorreflectivos polarizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-26
Aplicación típica de los sensores retrorreflectivos yretrorreflectivos polarizados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-28
Sensores difusos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-29Sensores difusos de corte abrupto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .7-30Sensores difusos con supresión de fondo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-31Sensores difusos de foco fijo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-31Sensores difusos gran angular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-3 2Alineación de sensores difusos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-33Contorno del haz de sensores difusos, de corte abrupto y con supresión de fondo . . . 7-33
Ventajas y desventajas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-34Aplicación típica de sensores difusos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-37
Cables de fibra óptica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-38Vidrio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-39Plástico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7-39
Ventajas y desventajas de los cables de fibra óptica . . . . . . . . . . . 7-40
Aplicaciones típicas de los cables de fibra óptica . . . . . . . . . . . . . . . 7-41
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ivFundamentos de la detección de presencia Rockwell Automation/Allen-Bradley
Apéndice A—Selección de sensoresSelección de la tecnología . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-1
Selección de sensores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . A-6
Apéndice B—Envolventes IEC y NEMA
Envolventes IEC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-1Grado de protección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-1Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .B-1Clasificación de envolventes IEC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-2Descripción de los requisitos de pruebas para envolventes IEC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-3
Envolventes NEMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-6
Envolvente correcto para los controles de motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-6Criterios de selección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-9Descripción de los requisitos de pruebas para envolventes NEMA . . . . . . . . . . . . . . . . . B-10Criterios de selección . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-12Descripción de los requisitos de pruebas según la Norma UL 698 . . . . . . . . . . . . . . . . . . B-13
Apéndice C—Glosario
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Rockwell Automation/Allen-Bradley Fundamentos de la detección de presencia 1
Prefacio
En Fundamentos del sensado o detección de presencia encontrará
toda la información que necesita sobre la aplicación de sensores de
presencia. Este documento ha sido creado para personas encargadas
del diseño, implementación, gestión, soporte o venta de tecnologías
de detección de presencia, como ser:
• diseñadores de maquinaria• ingenieros de control y aplicación
• ingenieros en control de calidad y fabricación
• técnicos en ingeniería y mantenimiento
• estudiantes de ingeniería y comercio
• distribuidores, vendedores y sus superiores
En Fundamentos del sensado o detección de presencia se combinan
la teoría básica de los sensores con ejemplos de aplicaciones, lo cual
permite comprender el concepto de estas tecnologías además de su
relación con procesos industriales generales. Por último, este libro le
ayudará a deducir reglas que le permitan tomar decisiones de
diseño relacionadas con la detección de presencia.
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y en pantalla. En la versión electrónica, verá texto resaltado en
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adicional o términos del glosario.
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Rockwell Automation/Allen-Bradley Fundamentos de la detección de presencia 1-1
1
Aspectos básicos de la aplicaciónde sensores
Los esfuerzos y el trabajo por desarrollar productos con mayor
rapidez y con una mayor eficacia en términos de costo nunca sedetiene. Gracias a la automatización de procesos, los fabricantespueden lograr estos objetivos y mantener, a la vez, niveles de
calidad y confiabilidad más altos. La de detección de presencia se
utiliza para monitorear, regular y controlar estos procesos; enconcreto, los sensores de presencia ayudan a comprobar que lospasos fundamentales del proceso se realicen como es debido.
En la primera sección de este capítulo, nos centraremos en laterminología y los principios de operación básicos comunes a todos
los sensores, para después explicar a grandes rasgos cómodeterminar el tipo de aplicación requerido y seleccionar el sensor
más adecuado.
En los capítulos restantes se explica en detalle las s máspredominantes y su aplicación:
• Interruptores de final de carrera (Capítulo 3)• Sensores de proximidad inductivos (Capítulo 4)
• Sensores de proximidad capacitivos (Capítulo 5)• Sensores de proximidad ultrasónicos (Capítulo 6)• Sensores fotoeléctricos (Capítulo 7)
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ASPECTOS BÁSICOS DE LA APLICACIÓN DE SENSORES
¿Qué es un sensor?/Sensores de contacto y sin contacto
1-2Fundamentos de la detección de presencia Rockwell Automation/Allen-Bradley
¿Qué es un sensor?
Un sensor es un dispositivo para detectar y señalar una condición decambio. ¿Y qué es esta “condición de cambio”? Con frecuencia se trata de lapresencia o ausencia de un objeto o material (detección discreta). También
puede ser una cantidad capaz de medirse, como un cambio de distancia,tamaño o color (detección analógica). Esta información, o salida del sensor,es la base del proceso de monitoreo y control de un proceso de fabricación.
Sensores de contacto y sin contacto
Los sensores de contacto son dispositivos electromecánicos quedetectan cambios a través del contacto físico directo con el objeto encuestión. Los sensores de contacto:
• generalmente no requieren de energía eléctrica;• pueden soportar más corriente y tolerar mejor las alteraciones de la
línea eléctrica;
• generalmente son más fáciles de entender y diagnosticar.
Los encoders, los interruptores de final de carrera y los interruptores deseguridad son sensores de contacto. Los encoders transforman elmovimiento de las máquinas en señales y datos. Los interruptores de finalde carrera se utilizan cuando es posible un contacto físico con el objeto. Losinterruptores de seguridad ofrecen resistencia a posibles interpolaciones ycontactos de apertura directa, lo cual permite utilizarlos como protectoresde máquinas y paradas de emergencia.
Los sensores sin contacto son dispositivos electrónicos de estado sólidoque crean un campo de energía o haz y reaccionan ante una alteración enese campo. Algunas características de los sensores sin contacto son:
• no se requiere contacto físico;• no tienen componentes móviles que puedan atascarse, desgastarse o
romperse (por lo tanto, necesitan menos mantenimiento);• generalmente operan más rápido;• son más flexibles en cuanto a su aplicación.
Los sensores fotoeléctricos, inductivos, capacitivos y ultrasónicoscorresponden a s sin contacto. Al no haber contacto físico, se elimina laposibilidad de desgaste; sin embargo, en raras ocasiones podría haber unainteracción entre el sensor y el objeto. Los sensores sin contacto tambiénson susceptibles a la energía emitida por otros dispositivos o procesos.
Ejemplo práctico Como ejemplo para la aplicación de sensores de contacto y sin contactousaremos una cadena de pintura. Los sensores de contacto se utilizanpara contar cada puerta a medida que entra en el área de pintura y asídeterminar el número exacto de puertas que se han enviado a esa zona. Amedida que las puertas pasan a la zona de curado, el sensor sin contactocuenta el número de puertas que han salido de la zona de pintura ycuántas han pasado a la zona de curado. Al usar este tipo de sensor seevita el contacto directo con la superficie recién pintada y, por tanto, éstapermanece inalterada.
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ASPECTOS BÁSICOS DE LA APLICACIÓN DE SENSORES
¿Qué es un sensor?/Sensado con salida discreta y con salida analógica
Rockwell Automation/Allen-Bradley Fundamentos de la detección de presencia1-3
Sensado con salida discreta y con salida analógica
El sensado con salida discreta responde a la pregunta: “¿Está ahí elobjeto?” El sensor emite una señal de Encendido/Apagado (digital)basándose en la presencia o ausencia del objeto en cuestión.
El sensado con salida analógica responde a las preguntas: “¿Dónde
está?”, o “¿Cuánto hay?”, dando una respuesta continuaproporcional al efecto que el objeto tenga sobre el sensor, tanto enrelación a su posición dentro del margen de detección como a la
intensidad relativa de la señal que devuelva al sensor.
Características y especificaciones de los sensores
Al especificar un sensor, es importante comprender los términoscomunes o “jerga” asociados a este tipo de tecnología. Aunque los
términos exactos varían de un fabricante a otro, los conceptos
generales son los mismos.
Distancia de
detección
Al utilizar un sensor para una aplicación, se debe calcular unadistancia de detección nominal y una distancia de detección
efectiva.
Distancia nominal de detección
La distancia de detección nominal corresponde a la distancia deoperación para la que se ha diseñado un sensor, la cual se obtiene
mediante criterios estandarizados en condiciones normales.
Figura 1.1:
Distancia nominal de
detección
5mm
152m a 1x
0114-PX-LT
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ASPECTOS BÁSICOS DE LA APLICACIÓN DE SENSORES
¿Qué es un sensor?/Características y especificaciones de los sensores
1-4 Fundamentos de la detección de presencia Rockwell Automation/Allen-Bradley
Distancia efectiva de detección
La distancia de detección efectiva corresponde a la distancia de
detección inicial (o de fábrica) del sensor que se logra en unaaplicación instalada. Esta distancia se encuentra más o menos entrela distancia de detección nominal, que es la ideal, y la peor distancia
de detección posible.
Histéresis La histéresis, o desplazamiento diferencial, es la diferencia entre lospuntos de operación (conectado) y liberación (desconectado) cuandoel objeto se aleja de la cara del sensor y se expresa como un
porcentaje de la distancia de detección. Sin una histéresissuficiente, el sensor de proximidad se conecta y desconecta
continuamente al aplicar una vibración excesiva al objeto o alsensor, aunque se puede ajustar mediante circuitos adicionales.
Figura 1.2:Histéresis
Repetibilidad La repetibilidad es la capacidad de un sensor de detectar el mismoobjeto a la misma distancia todo el tiempo. Esta cifra se expresacomo porcentaje de la distancia de detección nominal y se basa en
una temperatura ambiental y voltaje eléctrico constantes.
Figura 1.3:
Repetibilidad
Objeto
Distancia “y” — Distancia “x”
Distancia “x”= % diferencial
Punto de operación
Distancia x
Punto final de la detección
Distancia yDistancia derecorrido
Encendido Apagado
0116-PX-LT
0120-PX-LT
Objeto
% de repetibilidadde la distancia de detección
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ASPECTOS BÁSICOS DE LA APLICACIÓN DE SENSORES
¿Qué es un sensor?/Normas
Rockwell Automation/Allen-Bradley Fundamentos de la detección de presencia 1-5
Frecuencia de
conmutación
La frecuencia de conmutación corresponde a la cantidad deconmutaciones por segundo que se pueden alcanzar en condiciones
normales. En términos más generales, es la velocidad relativa delsensor.
Figura 1.4:
Ajuste estándar de lafrecuencia de conmutación
Tiempo de respuesta El tiempo de respuesta de un sensor corresponde al tiempo quetranscurre entre la detección de un objeto y el cambio de estado deldispositivo de salida (de encendido a apagado o de apagado aencendido). También es el tiempo que el dispositivo de salida tarda
en cambiar de estado cuando el sensor ya no detecta el objeto.
El tiempo de respuesta necesario para una aplicación específica seestablece en función del tamaño del objeto y la velocidad a la que
éste pasa ante el sensor.
Normas
Los fabricantes de controles industriales tienen poco o ningúncontrol sobre los siguientes factores, fundamentales para una
instalación segura:
• condiciones del ambiente
• diseño de los sistemas• selección y aplicación del equipo
• instalación
• formas de operación• mantenimiento
Dn
Interruptor de proximidad
Direccióndel movimiento Objetos de
Fe 360 o A570Grado 36
d
2 x m
m
m 2
Material no magnético y no conductor
m = d0110-PX-LT
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ASPECTOS BÁSICOS DE LA APLICACIÓN DE SENSORES
¿Qué es un sensor?/Aprobación de agencias
1-6Fundamentos de la detección de presencia Rockwell Automation/Allen-Bradley
Los interruptores y sensores de presencia, al igual que todo equipo
eléctrico, se deben instalar de acuerdo a las normas eléctricas quecorrespondan (NEC, National Electrical Codes). Existen tres
organizaciones principales para ello:
• CENELEC: European Committee for Electrotechnical
Standardization (Comité Europeo de NormalizaciónElectrotécnica)
• IEC: International Elecrotechnical Commission (ComisiónInternacional de Electrotécnica)
• NEMA: National Electrical Manufacturers Association(Asociación Nacional de Fabricantes de Productos Eléctricos)
En general, las especificaciones del CENELEC se aplican a lasinstalaciones del mercado europeo, mientras que en Norteamérica
se siguen las normas de la NEMA. La IEC establece normas aescala internacional.
Aprobación de agencias
Muchos fabricantes de sensores someten voluntariamente los
diseños de sus productos a pruebas y a la aprobación de agenciasreconocidas. En otros casos, los fabricantes están autorizados para
autocertificar que sus diseños se ajustan a las normas vigentes. Esposible que para algunos clientes, o en caso de tratarse de
exportaciones, Ud. deba utilizar dispositivos que cuenten con ladebida aprobación, si bien, por lo general, esta práctica no es comúnen los Estados Unidos.
Los productos de fabricantes que lleven la marca de una agencia
tienen un registro que permite al cliente, o inspector, comprobar sicumplen con la normativa. Es importante advertir que lo que se ha
aprobado o certificado es el diseño de un producto, no el productomismo.
Underwriters
Laboratories (UL) y
Canadian Safety
Authority (CSA)
Estas agencias norteamericanas realizan principalmente pruebaspara ayudar a garantizar que los productos están fabricados de
acuerdo con los requisitos exigidos y que, cuando se utilizan demanera correcta, no presentan riesgo de descarga eléctrica oincendio para el usuario.
Factory Mutual (FM) Factory Mutual es una agencia norteamericana que se ocupa de
comprobar que los productos que se van a utilizar en lugarespeligrosos (zonas con atmósfera potencialmente explosiva) cumplenlas normas de seguridad intrínseca. Estas normas contribuyen a
garantizar que el nivel eléctrico de un dispositivo fabricado deacuerdo con los requisitos exigidos y que se utiliza como parte de un
sistema, es inferior a aquél que podría provocar una explosión. Elregistro de cada producto incluye el diagrama de conexionesautorizadas.
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ASPECTOS BÁSICOS DE LA APLICACIÓN DE SENSORES
¿Qué es un sensor?/Aprobación de agencias
Rockwell Automation/Allen-Bradley Fundamentos de la detección de presencia 1-7
Comunidad Europea
(CE)
Estos requisitos afectan a casi todas las fases del diseño de un
producto, su construcción, uso e incluso eliminación. Los productos
que no lleven la marca de la CE no se pueden vender dentro de la
Comunidad Europea. En el caso de los sensores, la CE se encarga de
la compatibilidad electromagnética. Si un sensor lleva la marca
"CE" significa que, hasta cierto punto, no interferirá con otros
dispositivos electrónicos ni se verá afectado por ellos.
Método de selección de sensores
Dentro de cada sistema hay muchas operaciones o procesos:
fabricación, montaje, empaquetado, pintura, manipulación de
materiales, etc. Cada uno de ellos se puede dividir en procesos más
pequeños, como recuento, indexación, expulsión, pulverizado,
relleno y transporte. Un sensor puede ayudarlo a detectar las
condiciones de cambio relacionadas con una acción o proceso.
Determine dónde senecesita un sensor
En este proceso se deben identificar las operaciones clave dentro delsistema y definir áreas concretas donde se deben comprobar las
condiciones.
Identificación de las funciones
Identifique lo que hace el sistema o lo que usted desea que haga.
¿Necesita un producto para contar? ¿Clasificar? ¿Realizar control de
calidad? ¿Determinar la orientación de las piezas? Concretamente:
• ¿Qué condiciones se deben cumplir para que se lleve a cabo cada
función?
• ¿Qué información se necesita durante cada función?
• ¿Qué condiciones se deben cumplir después de cada función
para comprobar que ésta se ha realizado correctamente?
Identificación de áreas clave
Concéntrese en el área donde se está realizando una acción. Por lo
general, verá que en dicha área participa un elemento de trabajo y
un mecanismo; estúdielos para determinar lo que se necesita para
que la función se ejecute en forma adecuada.
• Comprobación del elemento de trabajo: ¿Hay características o
componentes del elemento de trabajo que sean necesarios o que
deban estar orientados hacia una dirección específica? ¿Quéposibilidades hay de que el propio elemento de trabajo quede
orientado o resulte dañado de manera tal que pudiera afectar
negativamente al proceso?
• Comprobación del mecanismo: ¿El mecanismo o el elemento de
trabajo están impulsados por sistemas diferentes que podrían
chocar si se utiliza uno de ellos sin haber retirado el otro? ¿Hay
algún componente específico que pueda romperse o desgastarse?
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ASPECTOS BÁSICOS DE LA APLICACIÓN DE SENSORES
¿Qué es un sensor?/Aprobación de agencias
1-8Fundamentos de la detección de presencia Rockwell Automation/Allen-Bradley
Figura 1.5:Operación de embotellado
Determine si se debe
aplicar un sensor
Ahora debe decidir qué importancia tiene para el proceso cada unade las áreas que ha identificado. Cuanto mayor sea el nivel deautomatización, más importante será la correcta ejecución de estasfunciones. En concreto, debe preguntarse:
• ¿Qué impacto pueden tener los daños?• ¿Qué probabilidades hay de que esto ocurra?• ¿Qué importancia tiene para la integridad del proceso?
Si la respuesta a cualquiera de estas preguntas es “alta”, deberáplantearse la idea de instalar un sensor para monitorearcondiciones que, de producirse, podrían provocar un error en elsistema.
El siguiente paso es definir las funciones de detección necesarias ycuál es el mejor lugar para lograrlas. ¿Lo que necesita es estableceratascos en el sistema, límites altos/bajos, clasificaciones, detección
de velocidad o posicionamiento de piezas? Ello le permitedeterminar el lugar donde se debe colocar el sensor, haciendohincapié en las limitaciones físicas concretas. Éste es un buenmomento para tener en cuenta lo siguiente:
• “¿Existen consideraciones de seguridad o de tipo económicas?”Si por el hecho de no detectar una condición una persona resultaherida o muere, o si al no detectarla el resultado es unaimportante pérdida de dinero, deberá acudir a un experto paraun estudio en detalle.
• “¿Es éste el mejor lugar para llevar a cabo la función dedetección?” Con frecuencia, en una secuencia de operaciones, loque nos preocupa es el resultado final. En muchos casos, al
monitorear el resultado final podemos determinar si lasoperaciones anteriores se han realizado correctamente. Enotros, el ambiente en sí o las restricciones de espacio impidenefectuar una detección en áreas específicas; sin embargo, estaacción se podría llevar a cabo con mayor fiabilidad mientras elelemento de trabajo está en tránsito, o durante un procesoanterior dentro de la secuencia de operaciones.
Operación de
embotellado
Colocaciónde tapas
Objeto = Tapa en botella
(verificar operación)
Objeto = Bordes de botella
(establecer alineación
y preparación de piezas)
Objeto = Tapa en alimentador
(preparación de piezas)
Aplicación: Detectar tapametálica en botella transparente
en ambiente húmedo.
Aplicación: Detectar botellatransparente en riel metálico
en ambiente húmedo.
Aplicación: Detectar tapametálica en corredera de plástico
(alimentador) en ambiente húmedo.
0051-GN-LT
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ASPECTOS BÁSICOS DE LA APLICACIÓN DE SENSORES
¿Qué es un sensor?/Aprobación de agencias
Rockwell Automation/Allen-Bradley Fundamentos de la detección de presencia 1-9
Definición de la aplicación
Ya ha identificado la aplicación que puede sacar provecho de la
instalación de un sensor para detectar una condición de cambio.Teniendo esto en cuenta, deberá determinar:
• la alimentación eléctrica disponible• los requisitos de salida/carga
• las características del objeto en sí• las condiciones ambientales
Identificación de las fuentes de energía
¿Qué tipo de energía hay disponible?: ¿CA o CC?
Tomando como base los tipos de voltaje disponibles, el diseño de lossensores satisface las cuatro categorías de voltaje siguientes:
• 10-30V CC
• 20-130V CA • 90-250V CA • 20-250V CA/CC
Los sensores e interruptores de CA pueden recibir electricidaddirectamente de una línea eléctrica o una fuente filtrada,eliminando la necesidad de una fuente de alimentación aparte. Cabenotar que los dispositivos y métodos de conexión de CA son másresistentes.
Los sensores de CC requieren una alimentación aparte para aislarla sección de CC de la señal de CA. Sin embargo, los sensores de CC(también en versión de fuente de corriente y drenador de corriente)
son más seguros que los de CA al tratarse de voltajes inferiores a30V. Los sensores de fuente de corriente suministran energía a lacarga, la cual se debe derivar a tierra o al voltaje negativo de lafuente de alimentación. Los sensores drenadores de corrienteenvían tierra a la carga, que se debe derivar a un voltaje positivoque comparta la misma tierra.
Varios fabricantes ofrecen dispositivos de CA/CC que funcionan conuna amplia gama de voltajes para ambas fuentes de alimentación.Estos sensores tienen la ventaja de contar con un solo dispositivoque puede operar en una serie de aplicaciones con distintas fuentesde alimentación.
Como norma general, es conveniente especificar que el interruptor osensor reciba energía de una fuente estable libre de ruido. Para ello,es necesario especificar una línea aislada, o una fuente de energíaaparte para los interruptores o sensores y así mantenerse dentro delos márgenes permitidos.
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¿Qué es un sensor?/Aprobación de agencias
1-10Fundamentos de la detección de presencia Rockwell Automation/Allen-Bradley
Identificación de los requisitos de carga
¿A qué va a afectar el sensor? En otras palabras, ¿qué dispositivocontrolará directamente el sensor y cuáles son sus características?Los componentes eléctricos en serie entre la salida del sensor y lafuente de alimentación o tierra constituyen lo que se conoce como la
carga de entrada del dispositivo y la carga de salida del sensor. Estacarga convierte las señales eléctricas de la salida del sensor enenergía eléctrica, mecánica, sonora o luminosa que inicia un cambiodentro del dispositivo afectado. Las características clave de los trestipos de elementos de circuito que se pueden encontrar en la cargason:
• Los elementos resistivos son un tipo ideal de carga, ya quedisipan la energía en proporción directa al voltaje aplicado.
• Los elementos capacitivos son reactivos y pueden dar laimpresión de un cortocircuito cuando se conectan por primera
vez.• Los elementos inductivos, como bobinas de relés y solenoides,
también son elementos reactivos que pueden crear ruidostransitorios de alto voltaje cuando se desconectan bruscamente.
¿Necesita un sensor capaz de condicionar la salida para poder
usarlo con el dispositivo con el que está conectado en interfase? Si lafunción u operación que se está detectando es muy rápida, es posibleque sea necesario que el sensor o un circuito condicionante
proporcionen un pulso de salida más largo que la duración de dichafunción u operación. En otros casos (como cuando la función de
detección y la acción que desencadena se producen en dos lugaresdistintos del sistema) es posible que la señal de salida tenga que
modificarse por un intervalo de tiempo.
Determine las
propiedades físicas
de lo que se está
detectando
Para cualquier función de detección hay que identificar el objeto (o
blanco) que se desea detectar; puede tratarse de un objeto entero oun rasgo de ese objeto. También se deben determinar las variables
asociadas a dicho objeto (presencia, posición, orientación, etc.) ycómo afectan al proceso en sí. Por último, no hay que olvidar las
condiciones ambientales y sus efectos: garantizar que el entorno nocontenga factores que afecten a la usada contribuye, en enormemedida, a la confiabilidad de la aplicación.
Consideraciones con respecto al objeto
Las propiedades del objeto (tamaño, material, color, opacidad, etc.)
determinan el uso de una concreta y sus limitaciones. Por ejemplo,los sensores inductivos sólo detectan objetos metálicos. Sinembargo, el tamaño y el material del objeto afectan el margen y la
velocidad de la detección. Más adelante en este documento seexplican otras consideraciones con respecto a las s de detección
específicas para otros tipos de objetos.
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ASPECTOS BÁSICOS DE LA APLICACIÓN DE SENSORES
¿Qué es un sensor?/Aprobación de agencias
Rockwell Automation/Allen-Bradley Fundamentos de la detección de presencia 1-11
Identificación de aspectos ambientales
Hay características del objeto, del fondo y del entorno que influyen
en la capacidad para diferenciarlos. En condiciones ideales, lacondición de cambio del objeto que se está intentando detectardebería ser diferente a factores relacionados del fondo y el entorno.
Por ejemplo, para detectar cambios de color, debemos usar luz. Unsensor que utiliza luz para detectar cambios (un sensor
fotoeléctrico) en el color de nuestro objeto podría tener problemaspara ver el objeto si el entorno fuera demasiado opaco para
transmitir la luz o si el fondo reflejara más luz que el objeto.
Tabla 1.1: Objeto y medio ambiente
Objeto Fondo Entorno
Masa
Forma
Integridad estructural
Tamaño Proximidad al objeto
Material Material Material
Opacidad Propiedades de emisión Humedad
Propiedades reflectantes Propiedades reflectantes Propiedades transmisoras
Color Color Luz
Temperatura
Interferencia
electromagnética
Ruido
Sistémico
Accesibilidad, proximidad al sensor, margen de tiempo, cantidad expuesta
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ASPECTOS BÁSICOS DE LA APLICACIÓN DE SENSORES
¿Qué es un sensor?/Aprobación de agencias
1-12Fundamentos de la detección de presencia Rockwell Automation/Allen-Bradley
Seleccione el sensor Ahora que ya se ha informado sobre la aplicación y comprende loque debe detectar, estará listo para seleccionar el sensor. Éste es unproceso en el que se trata de determinar qué tecnología(s) utiliza(n)mejor los rasgos diferenciadores más relevantes de la condición decambio que se ven menos afectados por el fondo y el entorno. Rara vez encontrará una sola solución: cada tecnología tiene sus puntosfuertes y débiles que la convierten en una buena o mala elecciónpara una aplicación dada. Conviene revisar el sistema en general eir limitando gradualmente las opciones centrándose en procesosespecíficos. Determine de qué manera un sensor podría mejorarestos procesos y qué relación guarda con el sistema en general.Compare esta información con los datos sobre los diferentes tipos desensores disponibles para determinar cuál es el mejor para suaplicación. Por último, la solución elegida debe ser la que ofrezca elmejor equilibrio entre rendimiento, confiabilidad, disponibilidad ycosto.
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Rockwell Automation/Allen-Bradley Fundamentos de la detección de presencia 2-1
2
Salidas y cableado
Las conexiones entre sensores, fuente de alimentación y dispositivosde carga reciben a menudo el nombre de circuito de interfase
eléctrico. Cada uno de estos elementos es vital para la confiabilidadde una aplicación.
Figura 2.1:
Circuito de interfase
eléctrica básico
Una interfase confiable cumple los requisitos de todos los
dispositivos de la aplicación y se anticipa a los del ambiente en el
que se aplica. La fuente de alimentación proporciona un nivel de voltaje y corriente al circuito que comparten los dispositivos; porello, hay que tener cuidado de que cada dispositivo reciba laelectricidad que necesita para operar sin problemas. Esto es aún
más importante cuando se conectan varios sensores y/o cargas a unafuente de alimentación de CC de bajo voltaje. También hay que
asegurarse de que ningún dispositivo reciba demasiada corriente;de hecho, la mayoría de los sensores fallan debido a una instalación
inadecuada (el problema más común corresponde a una conexióndirecta de la salida del sensor a la fuente de alimentación o a líneade CA).
Fuente dealimentación
Sensor Carga
Circuitode interfase
0032-GN-LW
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SALIDAS Y CABLEADO
Fuentes de alimentación/Voltajes disponibles
2-2Fundamentos de la detección de presencia Rockwell Automation/Allen-Bradley
Fuentes de alimentación
Por costumbre, se debe especificar que los interruptores o sensoresreciban electricidad de una fuente de alimentación estable libre deruido (el ruido, en este caso, es electricidad no deseable inducida en
el sistema por otros dispositivos o campos eléctricos). Generalmente,para esto es necesario especificar una línea aislada o una fuente de
alimentación aparte para suministrar electricidad a losinterruptores y sensores, manteniéndose dentro de los márgenes de
esa fuente de alimentación. Al mismo tiempo, también convieneespecificar sensores que incluyan un cierto grado de protecciónfrente a posibles alteraciones de la línea eléctrica, como
cortocircuitos y sobrecargas.
Voltajes disponibles
Por lo general, existen cuatro voltajes disponibles para sensoresindustriales:
• 12V CC
• 24V CC• 120V CA
• 240V CA
Voltaje de sensores
Normalmente, los sensores industriales están diseñados paraoperar dentro de uno de los siguientes márgenes de voltaje:
• 10-30V CC• 20-130V CA
• 90-250V CA • 20-250V CA/CC
Los sensores e interruptores de CA pueden recibir energía
directamente desde la línea eléctrica o desde una fuente filtrada, locual contribuye a eliminar la necesidad de tener una fuente dealimentación aparte.
Casi todos los sensores de CC requieren una fuente de alimentación
aparte que aísle la sección de CC de la señal de la línea de CA.
Protección
Independientemente de si se trata de corriente CA o CC, convieneque la energía eléctrica provenga de una fuente aparte y filtrada y
que la línea esté protegida con un fusible adecuado. Esto protegeráa la fuente de alimentación y al cableado, pero no a los dispositivos y
sensores de estado sólido del circuito.
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SALIDASY CABLEADO
Fuentes de alimentación/Flujo de corriente
Rockwell Automation/Allen-Bradley Fundamentos de la detección de presencia 2-3
Incluso los fusibles de acción rápida y la mayoría de los circuitos
electrónicos de limitación de corriente son demasiado lentos paraproteger al sensor contra daños en caso de:
Cortocircuito/sobrecarga: un trayecto de corriente acortada (ypor tanto, menos resistente) permite que el exceso de corriente
llegue al dispositivo.
Inversión de polaridad: los cables positivo y negativo no estánconectados a sus correspondientes terminales.
Si se prevén estas alteraciones, se debe especificar un sensor quetenga protección incorporada contra inversiones de polaridad,
cortocircuitos y sobrecargas.
Flujo de corriente
Consumo eléctrico típico para cada tipo de sensor:
• Fotoeléctrico 35 mA • Ultrasónico 70 mA
• Inductivo 15 mA • Capacitivo 15 mA
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SALIDAS Y CABLEADO
Tipos de salida/Electromecánica
2-4Fundamentos de la detección de presencia Rockwell Automation/Allen-Bradley
Tipos de salida
Hay dos tipos de salidas: electromecánica y de estado sólido.
Electromecánica
• Relé• Interruptor
Estado sólido o electrónico
• Transistor• Transistor de efecto de campo (FET)
• Triac• Analógico
• Red o bus
El tipo de salida que se elija dependerá de la interfase que se hayadefinido en la aplicación y de los tipos de salida disponibles para elsensor con el que se está trabajando.
Electromecánica
Los relés electromecánicos (o “contactos secos”) se accionanenviando electricidad a una bobina de hilo que atrae
magnéticamente una armadura para abrir y cerrar un circuito.Cuando el circuito está abierto, no pasa electricidad a través de loscontactos. Cuando el circuito está cerrado, la electricidad pasa a la
carga sin que haya pérdida de voltaje. Los relés con contacto abiertoen estado de reposo (sin electricidad) se conocen como Normalmente
abiertos (N.A.), mientras que los relés con contacto cerrado enestado de reposo corresponden a los Normalmente cerrados (N.C.).
Debido al aislamiento eléctrico con respecto a la fuente dealimentación del sensor y a la ausencia de corriente de pérdida
(corriente no deseada presente en el estado de ‘desenergizado’), losrelés de varias fuentes se pueden conectar fácilmente en serie y/o en
paralelo para conmutar cargas CA o CC.
Figura 2.2:
Circuitos electromecánicosSPST
SPDT
(1 Forma C)
DPDT
(2 Forma C)
N.C.
N.C.
N.A.
N.C.
N.A.
N.C.
N.A.
0056-GN-LT
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SALIDASY CABLEADO
Tipos de salida/Estado sólido
Rockwell Automation/Allen-Bradley Fundamentos de la detección de presencia 2-5
Existen varias combinaciones diferentes de contactos:
• SPST: simple polo, simple encendido
• SPDT: simple polo, doble encendido (1 Forma C)• DPDT: doble polo, doble encendido (2 Forma C)
Dado que los relés son, hasta cierto punto, mecánicos, están sujetosa desgaste y, por lo tanto, tienen una duración determinada. Con
niveles de electricidad bajos, la oxidación de los contactos tambiénpuede provocar su degeneración. Los tiempos de respuesta de los
relés suelen ser de 15-25 ms, mucho más lentos que la mayoría delas salidas de estado sólido.
Estado sólido
Se deben tener en cuenta las salidas de estado sólido para
aplicaciones que requieran de conmutación o cambio frecuente de
voltajes bajos a corrientes bajas.
Los interruptores de estado sólido son electrónicos, vale decir, notienen componentes móviles.
Transistor NPN/PNP Los transistores son los típicos dispositivos de salida de estadosólido para sensores de CC de bajo voltaje. Constan de un chip
cristalino (generalmente silicona) y tres contactos, y se usan paraamplificar o conmutar corriente en forma electrónica. Los
transistores estándar son: NPN y PNP.
En el caso de la salida de un transistor NPN, la carga debe estarconectada entre la salida del sensor y la conexión eléctrica positiva
(+). Esto también se conoce como salida ‘de drenado’ (o sumidero).
Figura 2.3:
Transistor NPN
_
Salida
+
Carga
0037-GN-LW
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SALIDAS Y CABLEADO
Tipos de salida/Estado sólido
2-6 Fundamentos de la detección de presencia Rockwell Automation/Allen-Bradley
La salida de un transistor PNP se denomina salida ‘de fuente’. La
carga debe estar conectada entre la salida del sensor y la conexióneléctrica negativa (-).
Figura 2.4:
Transistor PNP
Los transistores producen muy poca corriente de fuga (que se mide
en µA) y un nivel relativamente alto de corriente de conmutación
(por lo general de 100 mA) para poder establecer una cómodainterfase con la mayoría de las cargas de CC. Los tiempos derespuesta de las salidas del transistor pueden oscilar entre 2 ms y30 µs. Sin embargo, los transistores NPN y PNP sólo pueden
conmutar cargas de CC.
FET El FET (Transistor de efecto de campo) es un dispositivo de estadosólido que no produce corriente de fuga y que proporciona unaconmutación rápida de electricidad de CA o CC. También requiere
sólo una pequeña cantidad de corriente para cambiar de estado (tansólo 30 µ A). En consecuencia, los FET resultan ser más caros que
las salidas de transistores normales.
Figura 2.5:
NFET
Las salidas FET se pueden conectar en paralelo como contactos derelés electromecánicos.
MOSFET de potencia Los MOSFET de potencia (Transistor de efecto de campo consemiconductores de óxido metálico) ofrecen las ventajas del FET por
su bajo nivel de pérdida, su rápido tiempo de respuesta, además delas altas corrientes de conmutación: las salidas de los MOSFET de
potencia pueden proporcionar corrientes de hasta 500 mA.
+
Salida
—
Carga
0038-GN-LW
+
—
0034-GN-LT
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SALIDASY CABLEADO
Tipos de salida/Estado sólido
Rockwell Automation/Allen-Bradley Fundamentos de la detección de presencia2-7
TRIAC El TRIAC es un dispositivo de salida de estado sólido diseñado sólopara CA; en términos más sencillos, es el equivalente de CA de un
transistor. Los TRIAC ofrecen una alta corriente de conmutación y una
baja pérdida de voltaje, lo cual los hace adecuados para grandes
contactores y solenoides.
Asimismo, los TRIAC presentan una corriente de fuga mucho mayorque los FET y los MOSFET de potencia, la cual puede ser superior a 1
mA, por lo que los TRIAC no son adecuados como dispositivos de
entrada para controladores programables y otras entradas de estado
sólido. Cuando un TRIAC se activa, funciona mientras haya corriente,
impidiendo que los dispositivos tengan protección electrónica contra
cortocircuitos. Para desactivar un circuito TRIAC, se necesita un cruce
cero en la onda seno de la corriente de CA de 50/60 Hz. Sin embargo, en
el caso de la mayoría de las aplicaciones, los MOSFET de potencia
presentan mejores características de salida.
Figura 2.6:TRIAC
Figure 2.7:Cruce cero de un TRIAC
Salida analógica Los sensores de salida analógica ofrecen una salida de voltaje ocorriente proporcional, o inversamente proporcional, a la señal
detectada por el sensor.
Dado que los sensores analógicos permiten la detección simultánea de
varios factores, se les utiliza en aplicaciones de detección discreta en
las que un solo sensor debe realizar varias funciones, como por ejemplo
en la detección y clasificación de paquetes de color claro y oscuro.
Figura 2.8:
Respuesta analógica
CA
CA
Salida
0035-GN-LW
0036-GN-LW
0Voltios CA
+
_ 60 Hz
Pendiente positiva
Corriente(mA)
Pendiente negativa
0039-GN-LWDistancia (m)
4
4 5321
20
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SALIDAS Y CABLEADO
Tipos de salida/Estado sólido
2-8Fundamentos de la detección de presencia Rockwell Automation/Allen-Bradley
Red/Bus Para intentar reducir el cableado del sistema, la conexión desensores en red está siendo cada vez más aceptada. Este sistema
permite conectar sensores compatibles directamente a un solo cabletroncal que luego se conecta en interfase con el controlador. Estos
sensores llevan incorporado un chip de interfase de red/bus (uncircuito integrado) y una versión (o soporte lógico inalterable) que
les permite recibir electricidad y comunicarse a través de líneascomunes. El costo de los componentes suele ser más elevado, pero elcableado y el depurado se simplifican.
Tabla 2.1: Ventajas e inconvenientes de las salidas
Tipo de salida Ventajas Inconvenientes
Relé electromecánico
Conmutación CA o CC
• La salida está aislada
eléctricamente de la
fuente de alimentación
• Cómoda conexión en
serie y/o en paralelo de
las salidas de los
sensores• Alta corriente de
conmutación
• No existe protección
contra cortocircuitos
• Duración limitada de los
relés
• Lentitud
FET
Conmutación CA o CC
• Corriente de fuga muy
baja
• Rápida velocidad de
conmutación
• Baja corriente de salida
MOSFET de potencia
Conmutación CA o CC
• Corriente de fuga muy
baja
• Rápida velocidad de
conmutación
• Corriente de salida
moderadamente alta
TRIAC
Conmutación CA
• Alta corriente de salida • No existe protección
contra cortocircuitos
• Corriente de fugarelativamente alta
• Conmutación de salida
lenta
Transistor NPN o PNP
Conmutación CC
• Corriente de fuga muy
baja
• Rápida velocidad de
conmutación
• No es posible realizar
una conmutación de CA
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SALIDASY CABLEADO
Cableado/Dos hilos o tres hilos
Rockwell Automation/Allen-Bradley Fundamentos de la detección de presencia 2-9
Cableado
Dos hilos o tres hilos
Los sensores también se pueden clasificar según la configuración del
cableado. Los más comunes son los de 2 y 3 hilos. Los dispositivos de dos
hilos están diseñados para cablearse en serie con la carga. En una
configuración de tres hilos, dos de los tres hilos suministran electricidad
mientras que el tercero conmuta la carga. Ambos tipos se pueden cablear
estratégicamente, en configuraciones en serie o en paralelo, para
conservar entradas o realizar cálculos lógicos.
Conexión de
sensores de 2 hilos en
serie o en paralelo
Los sensores de dos hilos son los dispositivos más fáciles de cablear, pero
pueden interferir en el rendimiento general del sistema. Los sensores de
dos hilos requieren electricidad de la misma línea que conmutan, lo cual,
junto con su elevada pérdida de voltaje, suele limitar las conexiones
posibles. Además, dado que cada dispositivo suministra electricidad a losdispositivos siguientes, el tiempo de respuesta es igual a la suma de los
tiempos de encendido de cada dispositivo.
Figura 2.9:
Conexión en serie de
salidas de 2 hilos
Figure 2.10:
Conexión en paralelo de
salidas de 2 hilos
Sensor 1
Sensor 2
Sensor 3
+V
Carga
0040-GN-LW
Sensor 1
Sensor 2
Sensor 3
+V
Carga
0041-GN-LW
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SALIDAS Y CABLEADO
Cableado/Dos hilos o tres hilos
2-10Fundamentos de la detección de presencia Rockwell Automation/Allen-Bradley
Conexión de salidas de
relé en serie o en
paralelo
Para simplificar el cableado de salidas de relé, se puede separar el
cableado de la salida del cableado de la fuente de alimentación. En
ambas configuraciones, los hilos de alimentación van en paralelo:
las salidas se pueden conectar con la configuración que se desee.
Figura 2.11:
Conexión en serie desalidas de relé
Figure 2.12:
Conexión en paralelo desalidas de relé
Conexión de salidas de
3 hilos en paralelo
Los sensores con salidas de transistores NPN o PNP se cablean
directamente en paralelo. La baja corriente de fuga de las salidas de
transistor permite conectar varios dispositivos juntos sin que la
corriente de fuga represente algún problema. Todos los dispositivos
deben tener la misma configuración de salida.
Figura 2.13:
Conexión en paralelo desalidas de 3 hilos
Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3
+V
T1 T2
0042-GN-LW
Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3
+V
T1
T2
0043-GN-LW
Sensor 1 Sensor 2 Sensor 3
+V
Salida
0044-GN-LW
-
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SALIDASY CABLEADO
Cableado/Dos hilos o tres hilos
Rockwell Automation/Allen-Bradley Fundamentos de la detección de presencia 2-11
Conexión de salidas
NPN de 3 hilos en
serie
La conexión en serie de dispositivos de salida NPN de 3 hilos requiereque cada dispositivo de la serie suministre electricidad negativa al
siguiente dispositivo y que el último dispositivo de la cadena suministreelectricidad negativa a la carga. Dado que cada dispositivo suministra
electricidad al siguiente, el tiempo de respuesta es igual al tiempo derespuesta del primer sensor más la suma de los tiempos de encendido de
los demás. La salida de cada sensor debe poder suministrar la corrientede carga máxima de los sensores siguientes, además de la corriente de lacarga en sí. Para solucionar la capacitancia de alimentación interna de
los sensores, es necesario conectar en serie un resistor de bajo valor (10ohmios) a cada uno de ellos.
Figura 2.14:
Conexión en serie de
salidas de transistor NPN
Conexión de salidas
PNP de 3 hilos en
serie
La conexión en serie de dispositivos de salida PNP de 3 hilos requiereque cada dispositivo de la serie suministre electricidad al siguiente
dispositivo y que el último dispositivo de la cadena suministreelectricidad a la carga. Dado que cada dispositivo suministra electricidad
al siguiente, el tiempo de respuesta es igual al tiempo de respuesta delprimer sensor más la suma de los tiempos de encendido de los demás. Lasalida de cada sensor debe poder suministrar la corriente de carga
máxima de los sensores siguientes, además de la corriente de la carga ensí. Para solucionar la capacitancia de alimentación interna de los
sensores, es necesario conectar en serie un resistor de bajo valor (10ohmios) a cada uno de ellos.
Figura 2.15:
Conexión en serie de
salidas de transistor PNP
Sensor 1
Sensor 2
Sensor 3
+V
+V
Carga
+V
+V
0045-GN-LW
Sensor 3
Sensor 2
Sensor 1
Carga
+V
0046-GN-LW
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SALIDAS Y CABLEADO
Lógica de salida y tiempo/Retardo de tiempo a la conexión y a la desconexión
2-12 Fundamentos de la detección de presencia Rockwell Automation/Allen-Bradley
Lógica de salida y tiempo
Los sensores pueden llevar incorporadas funciones especiales; si noes así, se encuentran disponibles como tarjetas enchufables o comomódulos aparte. Los sensores fotoeléctricos son diferentes a los
demás sensores de presencia ya que muchos ofrecen funcionesintegradas de salida y tiempo. Además, los sensores para
aplicaciones especializadas (como la detección de movimiento o velocidad cero) pueden incorporar una configuración
predeterminada de lógica y tiempo para la aplicación.
Retardo de tiempo a la conexión y a la desconexión
Los modos de temporización más comunes son retardo a la conexióny retardo a la desconexión.
Los temporizadores a la conexión retardan la operación de una
salida después de detectarse un objeto.
Los temporizadores a la desconexión retardan la operación de una
salida cuando el objeto ya no se detecta.
El retardo (o temporización) de la mayoría de los sensores se puede
ajustar entre menos de un segundo y 10 o más segundos.
Algunos sensores de alta velocidad (con un tiempo de respuestainferior a 1 ms) tienen un temporizador a la desconexión
seleccionable de 50 ms. Este “alargador de pulsos” es útil cuando esnecesario hacer más lento el tiempo de respuesta durante ladesconexión para que un PLC más lento u otro tipo de lógica de
máquina pueda responder al movimiento de materiales enaplicaciones de alta velocidad.
Figura 2.16:
Retardo a la conexión/
desconexiónObjeto
Detectado
Perdido
Salida
Encendido
Apagado
Objeto
Detectado
Perdido
Salida
Encendido
Apagado
t t
t = tiempo ajustado por el usuario
Retardo a
la conexión
Retardo a
la desconexión 00
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SALIDASY CABLEADO
Lógica de salida y tiempo/Monopulso retardado
Rockwell Automation/Allen-Bradley Fundamentos de la detección de presencia 2-13
Una sola señal
La lógica de una sola señal (o monopulso) proporciona una salida deun solo pulso independientemente de la velocidad a la que pase elobjeto ante el sensor. La longitud del pulso es ajustable.
El "monopulso" ofrece distintas soluciones para la aplicación:
• En operaciones de alta velocidad: cada vez que un objeto pasaante el sensor, emite un pulso que es lo suficientemente largo
como para que otra lógica más lenta pueda responder.• En operaciones de baja velocidad: emite un pulso breve cada vez
que un objeto pasa ante el sensor para activar un solenoide uotro dispositivo de pulsos.
• Emite una señal de activación de lateral de disparo (o lateral
ascendente) independientemente de la longitud del objeto.• Emite una señal de activación de lateral de retorno (o lateral
descendente) independientemente de la longitud del objeto.
Figura 2.17:Retardo monopulso
Monopulso retardadoLa lógica de monopulso retardado añade un retardo ajustable antes
de que se produzca el monopulso de salida.
Figura 2.18:
Temporización de monopulsoretardado
Objeto
Detectado
Perdido
Salida
Encendido
Apagado
t t
t = tiempo ajustado por el usuario0053-GN-LT
Objeto
Detectado
Perdido
Salida
Encendido
Apagado
t1
t1 = retardo tras detección de objeto, ajustable por el usuariot2 = retardo tras detección de objeto, ajustable por el usuario
t2
0054-GN-LT
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SALIDAS Y CABLEADO
Lógica de salida y tiempo/Monopulso retardado
2-14 Fundamentos de la detección de presencia Rockwell Automation/Allen-Bradley
Detección de movimiento
La lógica de detección de movimiento ofrece la capacidad única de
detectar el movimiento continuo de los objetos. El sensor emite una
señal si no detecta el movimiento de objetos en el tiempo
establecido.
La lógica de detección de movimiento es útil para detectar atascos o
vacíos en las aplicaciones de manejo de materiales.
Figura 2.19:
Lógica de detección de
movimiento
bjeto
Detectado
Perdido
alida
Encendido
Apagado
t1 t1 t1 t1 t1
t1 = tiempo de objeto presente
t2 = tiempo de objeto ausente
t2 t2 t2 t2
0055-GN-LT
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Rockwell Automation/Allen-Bradley Fundamentos de la detección de presencia 3-1
3
Interruptores de final de carrera
Un interruptor de final de carrera es un dispositivo electromecánico
que consta de un accionador unido mecánicamente a una serie de
contactos. Cuando un objeto entra en contacto con el accionador, el
dispositivo activa (o acciona) los contactos para establecer o
interrumpir una conexión eléctrica.
Los interruptores de final de carrera se utilizan en diversas
aplicaciones y ambientes por su resistencia, facilidad de instalacióny confiabilidad. Pueden determinar la presencia, ausencia, paso y
posicionamiento de un objeto. En un comienzo se los utilizaba para
definir el final del recorrido de un objeto, de ahí que se llamen
"interruptores de final de carrera".
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INTERRUPTORES DE FINAL DE CARRERA
Partes de un interruptor de final de carrera/Componentes básicos
3-2Fundamentos de la detección de presencia Rockwell Automation/Allen-Bradley
Partes de un interruptor de final de carrera
Los interruptores de final de carrera están diseñados con dos tiposde cuerpo: enchufable y no enchufable. Las diferencias y ventajas decada uno se tratan más a fondo en la página 3-3. A continuación se
describen los subelementos que componen un interruptor de final decarrera.
Figura 3.1:Partes de un interruptor definal de carrera
1
Componentes básicos
Accionador El accionador es la parte del interruptor que entra en contacto conel objeto que se está detectando.
Cabeza En la cabeza se encuentra el mecanismo que transforma elmovimiento del accionador en movimiento de contacto. Cuando elaccionador se mueve correctamente, el mecanismo acciona loscontactos del interruptor.
Bloque de contactos En el bloque de contactos se encuentran los elementos eléctricos decontacto del interruptor. Generalmente hay dos o cuatro pares decontactos.
Bloque de terminales En el bloque de terminales se encuentran las terminalesatornillables. Aquí se realiza la conexión eléctrica (por hilos) entre
el interruptor y el resto del circuito de control.
Cuerpo del
interruptor
En un interruptor enchufable, el cuerpo del interruptor aloja el
bloque de contactos. En un interruptor no enchufable, encontrará elbloque de contactos y el bloque de terminales del interruptor.
Base En un interruptor enchufable, la base aloja el bloque de terminales.Los interruptores no enchufables no tienen una base aparte.
Accionador
Bloque decontactos
Cuerpo del
interruptor
Bloque determinales
Base
Bloque decontactos/terminales
Accionador
Cuerpo delinterruptor
Cabeza Cabeza
0007-LS-LP
Enchufable No enchufable
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INTERRUPTORES DE FINAL DE CARRERA
Partes de un interruptor de final de carrera/NEMA frente a IEC
Rockwell Automation/Allen-Bradley Fundamentos de la detección de presencia 3-3
NEMA frente a IEC
La carcasa y los contactos de un interruptor de final de carrera seconstruyen y clasifican según las normas elaboradas por comitéstales como la International Electrotechnical Commission (IEC;
Comisión Internacional Electrotécnica) o la National Electrical Manufacturers Association (NEMA; Asociación Nacional de
Fabricantes de Equipos Eléctricos). Los tipos de interruptor NEMAe IEC difieren en muchos aspectos, como son el tamaño del cuerpo,
la vida mecánica, la duración, el material de la carcasa y el esquemade los taladros de montaje. En general, los interruptores tipo NEMAse consideran más resistentes y tienen una duración mayor,
mientras que los productos de tipo “internacional” de IEC tienden a
ser más pequeños y menos costosos. Las normas y sus diferencias se
tratan con mayor profundidad en el módulo Aspectos básicos de laaplicación de sensor que comienza en la página 1-1.
Carcasas enchufables frente a no enchufables
Un interruptor de final de carrera tipo NEMA puede venir en una
carcasa enchufable o no enchufable.
Carcasas no
enchufables
Las primeras carcasas que se diseñaron eran del tipo no enchufable.
Tienen forma de caja con una tapa aparte. Los cierres herméticosentre la cabeza, el cuerpo y la tapa se mantienen mediante un anillo
(O-ring) y una junta plana. Los interruptores de final de carrera noenchufables se ofrecen en una amplia gama de estilos que cumplen
las especificaciones IEC o NEMA.
Figura 3.2:Carcasa no enchufable
0041-LS-LT
Cubierta
Junta
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INTERRUPTORES DE FINAL DE CARRERA
Partes de un interruptor de final de carrera/Carcasas enchufables frente a no enchufables
3-4Fundamentos de la detección de presencia Rockwell Automation/Allen-Bradley
Carcasas enchufables Las carcasas enchufables se crearon para facilitar la sustitución delinterruptor en caso de ser necesario. A diferencia del diseño "no
enchufable", la carcasa enchufable se abre por la mitad para accederal bloque de terminales. Los estabilizadores que hay en el cuerpo del
interruptor se “enchufan” a las tomas de la base para establecerconexiones eléctricas entre el bloque de contactos y el bloque de
terminales.
La base del interruptor, donde se encuentra el cableado eléctrico, es
la que se monta durante la instalación inicial. Al no tenercomponentes móviles que se puedan romper o desgastar, rara vez es
necesario cambiarla. Si el interruptor sufre daños o se desgasta,basta con quitar el cuerpo del interruptor con su cabeza, enchufar
uno nuevo y el interruptor queda listo para funcionar. No hace falta volver a realizar el cableado.
El anillo (O-ring) cierra herméticamente la cabeza y la tapa delinterruptor, mientras que una junta fabricada especialmente para
la carcasa protege al interruptor de la entrada de aceite, polvo, agua
y refrigerantes.
Figura 3.3:
Carcasa enchufable
Los interruptores enchufables vienen en una amplia gama de estilos
que cumplen las especificaciones NEMA.
Las ventajas de diseño de la carcasa enchufable son:
• instalación sin necesidad de quitar la tapa (hay que quitar la
tapa en algunos tipos de carcasas no enchufables);• no hay componentes móviles en la base;
• tiempo de inactividad reducido porque la cabeza y el cuerpo sepueden sustituir rápidamente sin tocar el cableado de la base.
Estabilizadores
Junta0044-LS-LT
-
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INTERRUPTORES DE FINAL DE CARRERA
Partes de un interruptor de final de carrera/Funciones y tipos de accionadores
Rockwell Automation/Allen-Bradley Fundamentos de la detección de presencia 3-5
Funciones y tipos de accionadores
Cuando no se aplica ninguna fuerza o par de torsión al accionador,
éste se encuentra en la llamada posición sin accionamiento, libre o
de reposo. La posición a la que hay que llevar el accionador para que
opere los contactos recibe el nombre de punto de disparo o posiciónde operación. Cuando el movimiento del accionador se invierte, la
posición en la que los contactos vuelven a su estado original se
denomina punto de rearme o posición de liberación.
Existen tres tipos normales de accionador:
• lateral rotatorio
• de pulsación lateral o superior
• de vástago oscilante o bigote de gato
Accionamiento lateral
rotatorio
Un accionador lateral rotatorio es un eje que sale por el lado de la
cabeza de un interruptor de final de carrera y que opera los
contactos del interruptor cuando gira. Se puede mover hacia laizquierda o hacia la derecha y está diseñado para llevar a cabo una
operación unidireccional o bidireccional de los contactos.
Generalmente, el eje lleva acoplada una palanca que permite que
los objetos, al pasar, activen el interruptor al empujar la palanca.
Figura 3.4:
Accionamiento de un
interruptor lateral rotatorio
con palanca
0009-LS-LT
Recorrido
máximo
Recorrido de operación
de los contactos
Posición sin
accionamiento (reposo)
Recorrido para rearmarlos contactos
Punto de
disparo
Punto de
rearme
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INTERRUPTORES DE FINAL DE CARRERA
Partes de un interruptor de final de carrera/Funciones y tipos de accionadores
3-6 Fundamentos de la detección de presencia Rockwell Automation/Allen-Bradley
Con este tipo de interruptor se pueden utilizar diversos tipos de
palanca.
Figura 3.5:
Ejemplos de palancas
Accionamiento de
pulsación lateral o
superior
Un accionador de pulsación lateral o superior es un vástago corto (unbotón) situado al lado o en la parte superior de la cabeza de un
interruptor de final de carrera que opera los contactos del interruptorcuando se pulsa. Por lo general está diseñado con un mecanismo de
retorno por muelle que lo devuelve a su posición original cuandodesaparece la fuerza de accionamiento. Algunos diseños de pulsación
lateral utilizan botones sin retorno por muelle, por lo que hay queempujarlos en la dirección opuesta para rearmar los contactos.
Figura 3.6:Accionamiento de uninterruptor de final de carrera
de pulsación superior
Este tipo de accionador puede ser un vástago normal, un vástago
con rodillo o un vástago pulsado mediante una palanca.
Figura 3.7:Ejemplos de accionadores depulsación lateral y superior
0011-LS-LT
Palanca
con rodillo
Palanca con
rodillo de
ajuste
micrométrico
Palanca con
rodillo de
longitud
ajustable
Palanca
de vástago
Palanca de
lazo de Nylatron
Palanca
tipo horquilla
Posición sinaccionamiento
(reposo)
Punto derearme
Punto dedisparo
Punto deaperturapositiva
Recorridomáximo 0034-LS-LT
Recorrido para rearmar
Recorrido de operación
Recorrido máximo
Vástago superiorpulsable
Rodillo superiorpulsable
Vástago superiorpulsante ajustable
Palanca conrodillo pulsable
Vástago pulsadolateralmente
Rodillo pulsadolateralmente
0045-LS-LT
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INTERRUPTORES DE FINAL DE CARRERA
Partes de un interruptor de final de carrera/Operación y características de los contactos
Rockwell Automation/Allen-Bradley Fundamentos de la detección de presencia 3-7
Accionamiento de
vástago oscilante o
bigote de gato
Un accionador de vástago oscilante o bigote de gato es un vástagolargo y estrecho situado en la parte superior de la cabeza de un
interruptor de final de carrera que opera los contactor del interruptorcuando se desvía de la posición vertical. Generalmente, los vástagos
oscilantes son vástagos de nylon, mientras que los bigotes de gatoestán hechos de hilo flexible, pueden operar en cualquier dirección
(con un movimiento parecido al de un joystick) y regresar a suposición original cuando se elimina la fuerza de accionamiento.
Figura 3.8:Accionamiento de un
interruptor de final de carrerade vástago oscilante
Operación y características de los contactos
Mantenido omomentáneo
Los contactos de un interruptor de final de carrera cambian de estadocuando se aplica una fuerza o par de torsión predeterminado alaccionador. El interruptor con retorno por muelle (momentáneo)devuelve los contactos a su posición original cuando desaparece la
fuerza de operación. Los contactos de un interruptor mantenidopermanecen en la posición de accionamiento hasta que se aplica una
fuerza o par de torsión en la dirección opuesta.
Dos circuitos o cuatro
circuitos
Un interruptor de final de carrera típico tiene dos o cuatro pares de
contactos. Dado que cada par de contactos se utiliza para abrir ycerrar un circuito de control, los interruptores se denominan como
dispositivos de “dos circuitos” o de “cuatro circuitos”.
Normalmente abierto
o normalmente
cerrado
Los términos “normalmente abierto” y “normalmente cerrado”
describen el estado de cada par de contactos cuando el interruptor seencuentra en la posición sin accionamiento o de reposo. Los contactos
normalmente abiertos están abiertos y los contactos normalmentecerrados están cerrados cuando no se aplica fuerza o par de torsiónsobre el accionador. En la Figura 3.9 de la página siguiente, los
contactos 1-2 están normalmente abiertos y los contactos 3-4 estánnormalmente cerrados.
0031-LS-LTPosición sin
accionamiento (reposo)
Recorrido
máximoPuntode
disparo
Puntode
rearme
Recorrido de operaciónde los contactos
Recorrido para rearmar
los contactos
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INTERRUPTORES DE FINAL DE CARRERA
Partes de un interruptor de final de carrera/Operación y características de los contactos
3-8Fundamentos de la detección de presencia Rockwell Automation/Allen-Bradley
Contactos de acción
ultrarrápida
En estos contactos, el movimiento del accionador aplica una fuerza a
un mecanismo central, lo cual crea un rápido cambio en el estado de los
contactos cuando se alcanza el punto de disparo. Si se invierte el
movimiento del accionador en un punto de rearme concreto, los
contactos saltan a su posición original.
Los contactos de acción ultrarrápida tienen puntos de disparo y derearme diferentes. La distancia entre el punto de disparo y el de
rearme se conoce como "recorrido para rearmar", histéresis o
diferencial. Un recorrido de rearme finito ayuda a evitar múltiples
cambios de estado si el objeto que acciona el interruptor sufre
vibraciones.
Los contactos de acción ultrarrápida garantizan un accionamiento
repetible en aplicaciones en las que intervienen accionadores de baja
velocidad. Además, la magnitud del recorrido de los contactos no
depende de la magnitud del desplazamiento o recorrido del accionador.
Figura 3.9:
Movimiento de contactos deacción ultrarrápida
Contactos deconexión y corte
lentos
En estos contactos, la velocidad y la distancia del recorrido de loscontactos depende de la velocidad y la distancia de recorrido del
accionador y cada par de contactos tiene su propio punto de disparo.
Esto es conveniente cuando el usuario no desea que todos los contactos
cambien de estado simultáneamente.
En los contactos de conexión y corte lentos no se aprecia un recorrido
de rearme. Esto quiere decir que el punto de disparo y el punto de
rearme de un par concreto de contactos coinciden.
Figura 3.10:
Movimiento de contactos deconexión y corte lentos
1 2
3 4
Estado sinaccionamiento
1 2
3 4
Contactos cerca delpunto de disparo
1 2
3 4
Cambio de estadode los contactos
0043-LS-LT
1 2 3
N.A. = Normalmente abiertoN.C. = Normalmente cerrado
N.O.
N.C.
N.O.
N.C.
0008-LS-LT
Accionador Accionador
N.C. N.C.
N.C.
N.A.
N.A.
N.A.
N.C. = Normalmente cerradoN.A. = Normalmente abierto
Dos circuitos Cuatro circuitos
Émbolo
Puente
Puentes
Elementode contacto
Elementode contacto
Émbolo
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INTERRUPTORES DE FINAL DE CARRERA
Partes de un interruptor de final de carrera/Operación y características de los contactos
Rockwell Automation/Allen-Bradley Fundamentos de la detección de presencia 3-9
Contactos de acción
de apertura directa
Los contactos de acción de apertura directa reciben muchosnombres, como “acción directa”, “apertura positiva” y “corte
positivo”. La norma 60947-5-1 de la IEC define esta característicacomo “la separación de los contactos como resultado directo de un
movimiento específico del accionador del interruptor medianteelementos no elásticos (que no dependen de muelles)”.
Los interruptores de acción de apertura directa unen directamentela fuerza del accionador a los contactos de manera tal que la fuerza
abre incluso un contacto soldado. Aunque los mecanismos puedentener muelles, éstos no dependen sólo de la interfase del muelle
porque éste puede fallar o no tener la fuerza suficiente para romperuna soldadura.
La acción de apertura directa se puede incluir en interruptores definal de carrera de acción ultrarrápida y de conexión y corte lentos.
Figura 3.11:Movimiento de contactos de
apertura directa en uninterruptor de final de carrera
de acción ultrarrápida
En muchos diseños, el punto en el que se acopla el mecanismo de
apertura positiva supera el punto de disparo normal del interruptor.
Esto quiere decir que se debe tener cuidado al configurar laaplicación del interruptor de final de carrera de manera que el
accionador, al moverse, supere siempre el punto de aperturapositiva; de lo contrario, es posible que el interruptor no abra los
contactos normalmente cerrados si se produce una soldadura.
Estado sin accionamiento Contactos cerca
del punto de disparo
Cambio de estado de los
contactos mediante
mecanismo de muelle
Acoplamiento del
mecanismo de apertura
positiva
1 2
3 4
1
1 2
3 4
2
1 2
3 4
3
1 2
3 4
4
-
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INTERRUPTORES DE FINAL DE CARRERA
Partes de un interruptor de final de carrera/Operación y características de los contactos
3-10 Fundamen