2.1 SENSORES Y TRANSMOTORES
Una definición posible de Transductor es "un dispositivo sobre el que actúa potencia desde un sistema y que suministra potencia, usualmente en otra forma a un segundo sistema". Desde el punto de vista de la energía existen dos clases de Transductores, activos y pasivos. Un Transductor pasivo, o auto generativo es uno que tiene una entrada y una salida (dos puertos de energía).
Toda la energía eléctrica de salida, se deriva de la entrada física. Puesto que la salida eléctrica, está limitada por la entrada física, tales Transductores tienden a exhibir un bajo contenido energético de salida. Un Transductor activo tiene una entrada física, una salida eléctrica, y una entrada de excitación eléctrica (i.e. tres puertos de control).
Con los Transductores activos existe un grado adicional de libertad, aunque dependan en última instancia delas propiedades fundamentales de los materiales al igual que los transductores pasivos, la excitación puede ser usada para producir un nivel de salida aumentado, pero sin embargo hay compromisos.
La temperatura es probablemente el parámetro físico más común y fundamental que un ingeniero debe
medir. La relación intima entre procesos- físicos, químicos y biológicos- y la temperatura, como un
indicador de estado, es una consideración primaria, desde el nivel molecular basta el sistema completo. En
electrónica, ningún otro parámetro físico es tan persistente en su influencia sobre circuitos y sistemas como
la temperatura. Entre los Transductores que serán discutidos en este curso se incluyen los de expansión
térmica (elementos bimetálicos e interruptores de columna de mercurio), de Voltaje Seebeck (termopares),
de efectos resistivos (RTD y termistancias), y diodos de unión semiconductora (diodos y dispositivos con
corriente de salida proporcional a la temperatura absoluta, tales como al AD590)
Ejemplos
- Un micrófono es un transductor electroacústico que convierte la energía acústica (vibraciones sonoras: oscilaciones en la presión del aire) en energía eléctrica (variaciones de voltaje).
- Un altavoz también es un transductor electroacústico, pero sigue el camino contrario. Un altavoz transforma la corriente eléctrica en vibraciones sonoras.
- Otro ejemplo es un ventilador.que convierte la energía eléctrica en energía mecánica (movimiento del aspa del ventilador)
- Otro ejemplo es una estufa doméstica.
- El termopar, que convierte la energía térmica en energía eléctrica mediante la unión de 2 alambres de distintos materiales, es un transductor termoeléctrico
SENOSRES
Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, movimiento, pH, etc. Una magnitud eléctrica puede ser una resistencia eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una Tensión eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica (como en unfototransistor), etc.
Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor está siempre en contacto con la variable de instrumentación con lo que puede decirse también que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la señal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo. Como por ejemplo el termómetro de mercurio que aprovecha la propiedad que posee el mercurio de dilatarse o contraerse por la acción de la temperatura. Un sensor también puede decirse que es un dispositivo que convierte una forma de energía en otra.
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| Un ejemplo de sensor es el sensor de efecto hall |
Áreas de aplicación de los sensores: Industria automotriz, robótica, industria aeroespacial, medicina, industria de manufactura, etc.
Los sensores pueden estar conectados a un computador para obtener ventajas como son el acceso a una base de datos, la toma de valores desde el sensor, etc
2.2 ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES
El acondicionamiento de señales convierte su dispositivo de adquisición de datos en un sistema completo y le ayuda a conectarse directamente a un amplio rango de tipos de sensores y señales, desde termopares hasta señales de alto voltaje. Las tecnologías clave para acondicionamiento de señales mejoran de forma general multiplican por 10 el rendimiento y la precisión del sistema de adquisición de datos.
Acondicionamiento de Transductores
Los transductores son dispositivos que convierten fenómenos físicos como temperatura, carga, presión o luz a señales eléctricas como voltaje y resistencia. Las características de los transductores definen muchos de los requerimientos de acondicionamiento de señales de un sistema DAQ.
Termopares o Termocuplas
El transductor más utilizado para medir temperatura es el termopar o termocupla. Aunque el termopar es económico, resistente y puede operar en un amplio rango de temperatures, el termopar requiere de acondicionamiento de señal especial.
Un termopar opera bajo el principio de que una junta de metales no similares genera un voltaje que varía con la temperatura.
Además al conectar el cable del termopar al cable que lo conecta al dispositivo de medición se crea una junta termoeléctrica adicional conocida como junta fría. Entonces el voltaje medido, V MES incluye el voltaje del termopar y los voltajes de junta fría (V CJ) (Vea Figura 2). El método para compensar estos voltajes de junta fría no deseados es conocido como compensación de junta fría.
La mayoría de los productos de acondicionamiento de señal de National Instruments compensan las juntas frías usando un sensor adicional, como un termistor o sensor IC. Este sensor es colocado en el conector de señales o bloque terminal para medir la temperatura ambiente en la junta fría directamente.
2.3 SISTEMAS DE ACTUACIÓN
Los sistemas de actuación son los elemento de los sistemas de control que transforman la salida de un microprocesador a un controlador en una acción de control para una maquina o dispositivo. Por ejemplo, puede ser Necesario transformar una salida eléctrica del controlador en un movimiento lineal que desplaza una carga.
Sistemas Neumáticos
Con frecuencia las señales neumáticas se utilizan para manejar elementos finales de control. Incluso cuando e sistema de control es eléctrico. Esto se debe a que con esas señales es posible accionar válvulas grandes y otros dispositivos de control que requieren mucha potencia para mover cargas considerables.
La presión atmosférica varia con la localización y el tiempo pero en los neumáticos por lo general se toma para ser 10^5 Pa a este presión se le conoce como 1 barra.
Sistemas Electricos
El sistema de suministro eléctrico siempre comprende el conjunto de medios y elementos útiles para la generación, el transporte y la distribución de la energía eléctrica. Este conjunto está dotado de mecanismos de control, seguridad y protección.
Constituye un sistema integrado que además de disponer de sistemas de control distribuido, está regulado por un sistema de control centralizado que garantiza una explotación racional de los recursos de generación y una calidad de servicio acorde con la demanda de los usuarios, compensando las posibles incidencias y fallas producidas.
Con este objetivo, tanto la red de transporte como las subestaciones asociadas a ella pueden ser propiedad, en todo o en parte y, en todo caso, estar operadas y gestionadas por un ente independiente de las compañías propietarias de las centrales y de las distribuidoras o comercializadoras de electricidad.
Asimismo, el sistema precisa de una organización económica centralizada para planificar la producción y la remuneración a los distintos agentes del mercado si, como ocurre actualmente en muchos casos, existen múltiples empresas participando en las actividades de generación, distribución y comercialización.
2.4 MICROPROCESADORES
El microprocesador (o simplemente procesador) es el circuito integrado central y más complejo de un sistema informático; a modo de ilustración, se le suele llamar por analogía el «cerebro» de un computador. Es un circuito integrado conformado por millones de componentes electrónicos. Constituye la unidad central de procesamiento (CPU) de un PC catalogado comomicrocomputador.
Es el encargado de ejecutar los programas; desde el sistema operativo hasta las aplicaciones de usuario; sólo ejecutainstrucciones programadas en lenguaje de bajo nivel, realizando operaciones aritméticas y lógicas simples, tales como sumar,restar, multiplicar, dividir, las lógicas binarias y accesos a memoria.
Esta unidad central de procesamiento está constituida, esencialmente, por registros, una unidad de control, una unidad aritmético lógica (ALU) y una unidad de cálculo en coma flotante(conocida antiguamente como «co-procesador matemático»).
El microprocesador está conectado generalmente mediante un zócalo específico de la placa base de la computadora; normalmente para su correcto y estable funcionamiento, se le incorpora un sistema de refrigeración que consta de un disipador de calor fabricado en algún material de alta conductividad térmica, como cobre o aluminio, y de uno o más ventiladores que eliminan el exceso del calor absorbido por el disipador. Entre el ventilador y la cápsula del microprocesador usualmente se coloca pasta térmica para mejorar la conductividad del calor. Existen otros métodos más eficaces, como la refrigeración líquida o el uso de células peltier para refrigeración extrema, aunque estas técnicas se utilizan casi exclusivamente para aplicaciones especiales, tales como en las prácticas de overclocking.
La medición del rendimiento de un microprocesador es una tarea compleja, dado que existen diferentes tipos de "cargas" que pueden ser procesadas con diferente efectividad por procesadores de la misma gama.
Una métrica del rendimiento es la frecuencia de reloj que permite comparar procesadores con núcleos de la misma familia, siendo este un indicador muy limitado dada la gran variedad de diseños con los cuales se comercializan los procesadores de una misma marca y referencia. Un sistema informático de alto rendimiento puede estar equipado con varios microprocesadores trabajando en paralelo, y un microprocesador puede, a su vez, estar constituido por varios núcleos físicos o lógicos.
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| Microprocesador parte delantera |
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| Microprocesador parte trasera |
Un núcleo físico se refiere a una porción interna del microprocesador cuasi-independiente que realiza todas las actividades de una CPU solitaria, un núcleo lógico es la simulación de un núcleo físico a fin de repartir de manera más eficiente el procesamiento. Existe una tendencia de integrar el mayor número de elementos dentro del propio procesador, aumentando así la eficiencia energética y la miniaturización. Entre los elementos integrados están las unidades de punto flotante, controladores de la memoria RAM, controladores de buses y procesadores dedicados de video.
2.5 CONTROLADORES LOGICOS PROGRAMABLES
Los PLC's se introdujeron por primera vez en la industria en 1960 aproximadamente. La razón principal de tal hecho fue la necesidad de eliminar el gran costo que se producía al reemplazar el complejo sistema de control basado en relés y contactores. Bedford Associates propuso algo denominado Controlador Digital Modular (MODICON, MOdular DIgital CONtroler) a un gran fabricante de coches. Otras compañías propusieron a la vez esquemas basados en ordenador, uno de cuales estaba basado en el PDP-8. El MODICON 084 resultó ser el primer PLC del mundo en ser producido comercialmente.
El problema de los relés era que cuando los requerimientos de producción cambiaban también lo hacía el sistema de control. Esto comenzó a resultar bastante caro cuando los cambios fueron frecuentes. Dado que los relés son dispositivos mecánicos y poseen una vida limitada se requería una estricta manutención planificada. Por otra parte, a veces se debían realizar conexiones entre cientos o miles de relés, lo que implicaba un enorme esfuerzo de diseño y mantenimiento.
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| Control Logico Programable |
Un Controlador Lógico Programable (PLC) es un dispositivo de estado sólido, basado en microprocesadores, que permite el control secuencial en tiempo real de una maquina o proceso. Un PLC incluye módulos de entrada/salida de tipo digital y análogo, y memoria para el almacenamiento de instrucciones, destinadas a realizar funciones especificas tales como lógica secuencial, procesamiento aritmético y control análogo
PROGRAMACIÓN DE UN PLC
El programa de usuario esta formado por la reunión de todas las instrucciones programadas y las convencionales para el tratamiento de las señales, que tienen que ser controladas en el proceso, de acuerdo a las necesidades de los trabajos a realizar.
El programa de usuario debe ser organizado utilizando bloques funcionales o módulos, que corresponden a un bloque cerrado que constituye una función completa e individualizando cada organismo o unidad de proceso.
Caracteristicas del lengueje C y RLL:
Lenjuaje C
Programación flexible que permite resolver un problema de diversas formas. Con frecuencia un programador novato puede sentirse abrumado con las posibilidades.
Habilidad de enfocar la ejecución en una pequeña sección de código. Esto es importante para aplicaciones donde ciertas funciones no son realizadas en su totalidad o son ignoradas.
Menos instuitivo para los principiantes y un poco más complicado de aprender que el RLL.
Un juego basico de instrucciones pued ser aprndido con rapidez, pero los aspectos más complicados del lenguaje pueden ser bastantes confusos incluso para los programadores con exelencia moderada.
Lenguaje de contactos (RLL).
Bastante restrictivo, de forma que los problemas simples casi siempre se resuelven por si solos.
Ejecutada cada sección secuencialmente por cada ciclo. No existe posibilidad de no ejecutar codigo.
Puede ser aprendido con relativa rapidez.
Diseño para realizar una tarea particular, realizando la tarea correctamante.
Los robots industriales incrementarán su presencia en todos los sectores económicos, llevando niveles de automatización a muchas áreas de la empresa hasta llegar al 50% en el año 2010
