Fundamentos de Sistemas de Control: Componentes, Señales y Sensores

Fundamentos de Sistemas de Control

El control de un sistema se efectúa mediante componentes mecánicos, hidráulicos, eléctricos que recogen información acerca del funcionamiento, comparan este funcionamiento con datos previos y, si es necesario, modifican el proceso para alcanzar el resultado deseado.

Lazo Abierto vs. Lazo Cerrado

Lazo Abierto: No funciona con perturbaciones, depende de la calibración del controlador.

Lazo Cerrado: Existe retroalimentación. Con retroalimentación positiva (+CC) es insensible a errores. Con retroalimentación negativa (-CC) sobrecorrige errores y puede ser inestable.

El Relé

Es un dispositivo que consta de dos circuitos diferentes: un circuito electromagnético (electroimán) y un circuito de contactos, al cual aplicaremos el circuito que queremos controlar.

Autómata Programable (PLC)

Un autómata programable es una máquina diseñada para ser utilizada en un entorno industrial, con memoria programable para el almacenamiento interno de instrucciones orientadas al usuario.

Tipos de Señales

• Discretas: También llamadas lógicas, binarias u "ON-OFF", pueden tomar solo dos estados.
• Analógicas: Pueden tomar una cantidad de valores intermedios dentro de un cierto límite, dependiendo de su resolución. Por ejemplo: 0 a 10 Vcc, 4 a 20 mA, etc.
• Especiales: Son variantes de las analógicas, como las entradas de pulsos de alta velocidad, termocuplas, RTDs, etc.
• Inteligentes: Son módulos con procesador propio y un alto grado de flexibilidad para su programación. Durante su operación intercambian datos con la CPU.

Ciclo de Mantenimiento Interno del PLC

El ciclo de mantenimiento interno del PLC comprende el barrido de entradas, el barrido del programa y el barrido de salidas.

Características de las Ondas

Elongación: Es la distancia entre cualquier punto de onda y su posición de equilibrio.

Cresta, monte o pico: Es el punto más alto de una onda.

Amplitud: Máxima separación de la onda o vibración desde su punto de equilibrio.

Longitud de onda (λ): Es la distancia entre dos máximos o compresiones consecutivos de la onda. Distancia entre dos montes o valles, y en las ondas longitudinales a la distancia entre dos compresiones contiguas.

A la parte superior de la onda se le llama cresta y a la inferior se le llama valle.

Frecuencia: Es el número de ondas producidas por segundo. Se mide en ciclos/segundo o hertz (Hz). Coincide con el número de oscilaciones.

Señales Analógicas vs. Digitales

Señal Analógica: Es aquella que presenta una variación continua con el tiempo, es decir, que a una variación suficientemente significativa del tiempo le corresponderá una variación igualmente significativa del valor de la señal.

Señal Digital: Es aquella que presenta una variación discontinua con el tiempo y que sólo puede tomar ciertos valores discretos. Su forma característica es ampliamente conocida: la señal básica es una onda cuadrada.

Las señales digitales son más económicas y no sufren interferencias de ruido, pero tienen atenuación, a diferencia de las analógicas.

Sensores

Los sensores se utilizan para el sensado del proceso y la activación de actuadores.

Tipos de Sensores

• Inductivos: Instalación al mismo nivel del app. Unidades múltiples se pueden instalar más cerca entre sí. No afectado por la humedad ni el polvo. Operación independiente del color.
• Capacitivos: Detectan metales y no metales, líquidos y sólidos. Pueden ver a través de ciertos materiales. Sólidos, larga vida.
• Fotoeléctricos: No dependen del material del objetivo y pueden tener hasta 200m de distancia de sensado con respuestas rápidas de 30μs.

El polvo y la suciedad en los sensores requieren pruebas de funcionamiento.

Histéresis: Diferencia entre activación y desactivación. Ayuda al sensor a evitar el rebote.

f(x), objeto a sensar, app, fuente de alimentación, límites ambientales.

• Discreto: Sensa “¿Está o NO Está?”
• Análogo: Sensa “¿Dónde está?” (nivel x, y)

Código de Colores (Ejemplo)

• Café: + 24 V
• Azul: + 0 V
• Negro: Salida de señal
• Blanco: Puesta a tierra

Motores

Motores Síncronos: Son un tipo de motor de corriente alterna en el que la rotación del eje está sincronizada con la frecuencia de la corriente de alimentación.

Motores Asíncronos o de Inducción: Son un tipo de motor de corriente alterna en el que la corriente eléctrica del rotor, necesaria para producir torsión, es inducida por inducción electromagnética del campo magnético de la bobina del estator.

Motor de Imanes Permanentes: Este tipo de motores, a diferencia del motor de inducción, no induce ningún campo magnético en el rotor, ya que el rotor en sí mismo es capaz de generar un campo magnético muy potente de forma natural.