7 ELEMENTOS DE CONTROL Y SENSORES 7.1. Introducción Como se ha dicho en capítulos anteriores las principales señales de entrada al autómata son del tipo de pulsador, interruptor, termostatos, finales de carrera, etc. Todos estos elementos son del tipo todo o nada, es decir, en estado de reposo tienen un tipo de señal (generalmente un 0 lógico) y en estado de activación la señal contraria. En este capítulo vamos a estudiar los distintos elementos de control de tipo todo o nada o digital, sus principales características y su instalación en el sistema automático. Tanto los sistemas de entradas como los de salida. También estudiaremos los principales sistemas de medida de magnitudes eléctricas y la forma de instalarlos en el sistema automático. 7.2. Captores digitales En este apartado estudiaremos los distintos tipos de dispositivos de señales de entrada para el autómata del tipo todo o nada. Los principales que estudiaremos son: pulsadores, células fotoeléctricas, sensores inductivos, finales de carrera, etc. 92
Interruptores y pulsadores El elemento más sencillo para enviar una señal de entrada al autómata es precisamente un pulsador. En reposo pueden estas normalmente abierto o normalmente cerrado. Para saber si un contacto se encuentra cerrado o abierto en un pulsador o un contactor se utiliza la normalización por numeración, de la siguiente forma (figura). - Los contactos cerrados se numeran como 1 y 2. - Los contactos abiertos como 3 y 4. - La numeración de apertura o cierre serán las unidades en los contactos. Las decenas serán el número de contacto. Así en un contactor con 2 contactos abiertos y 2 cerrados, la numeración será: - 13-14 para el primer contacto abierto. - 23-24 para el segundo abierto. - 31-32 para el primer contacto cerrado. - 41-42 para el segundo. Esto es, la cifra de las decenas indica el número de contacto (1., 2., 1.3., etc.) y las unidades indican si el contacto es abierto o cerrado. 93
Existen en el mercado diversos tipos de pulsadores e interruptores, los que más se utilizan son el pulsador de tipo rasante que se utiliza para enviar cualquier tipo de señal al autómata (figura izquierda). El de tipo maneta es un interruptor para accionamiento fijo se puede utilizar para encendido y apagado de máquinas directamente o a través de una entrada al autómata (Derecha) La seta de emergencia, es un interruptor que en reposo debe estar obligatoriamente en posición de cerrado, al accionarlo debe abrir el circuito y detener el proceso. La señal de la seta de emergencia puede ir al autómata. Una vez accionada la seta, ésta debe permanecer en la posición de trabajo mediante enclavamiento mecánico, la vuelta a la posición de reposo debe hacerse mediante movimiento de la seta, con llave, o con cualquier mecanismo mecánico. 7.3. Finales de carrera El mecanismo eléctrico de un final de carrera o interruptor de posición es el mismo que el de un pulsador aunque en este caso son los movimientos de la propia máquina la que los activa. El uso más normal es detener una máquina cuando llega al final de su recorrido, en puentes grúas, ascensores, cintas de transporte, llenado de depósitos, etc. En la figura siguiente vemos diversos tipos de finales de carrera comerciales. 94
El final de carrera también puede utilizarse como elemento de seguridad para las personas. En este caso se puede utilizar, por ejemplo, para impedir que una persona se acerque a una cinta transportadora, en este caso se colocaría el final de carrera en un extremo de la cinta y un alambre atado en un extremo al final de carrera y en el otro a otro final de carrera o a un lugar fijo; cuando una persona intente sobrepasar la línea marcada por el alambre activará el final de carrera y detendrá la máquina. 7.4. Células fotoeléctricas Una célula fotoeléctrica es un dispositivo que consta, generalmente, de un dispositivo que emite una luz visible o no y otro en el que refleja dicha luz. Si la luz vuelve al emisor éste emite una señal en caso contrario otra distinta. Existen modelos de células fotoeléctricas en que el emisor y receptor están en el mismo punto, es decir, la luz que emite la fotocélula es reflejada por el objeto y recibida en un fotodiodo instalado en la misma fotocélula. Este tipo de fotocélulas suelen activarse cuando la luz emitida no es devuelta. En la figura siguiente se pueden ver diversos tipos comerciales de células fotoeléctricas y el esquema de conexión de un modelo de la marca Schneider. En dicha figura la fotocélula del centro es del tipo sin reflector. 95
Existen en el mercado gran variedad de dispositivos de células fotoeléctricas con gran variedad de aplicaciones, algunas similares a las de los finales de carrera; aunque la aplicación más generalizada es la de detectar el paso de objetos. La conexión de las células fotoeléctricas de estas series se puede ver en la figura: 7.5. Sensores inductivos Este tipo de sensor detecta metales a diversa distancia, los más normales se utilizan como finales de carrera sin contacto lo que evita desgastes o roturas del sensor; en este caso la distancia de detección es de unos pocos milímetros. En la figura siguiente vemos el aspecto físico de uno de ellos y el aspecto y esquema de conexión del modelo XS6 de Schneider. 7.6. Presostatos Es un tipo de interruptor accionado por un fluido, que puede ser un líquido o un gas que cierra o abre un circuito en función de la presión del fluido. 96
Un presostato simple puede estar formado por un muelle ajustado a un valor deseado que al ser empujado por el fluido activa el contacto que cierra o abre el circuito de control (figura). Exteriormente existen gran variedad de modelos de presostatos. Además, podemos encontrar presostatos de tipo ON/OFF que nos devuelven un valor de apertura o cierre de un circuito o analógicos que nos dan el valor de la presión detectada. En la figura de la página siguiente podemos ver el aspecto exterior de un tipo de presostato analógico de la marca Siemens. Este tipo de presostato está bastante difundido en las instalaciones eléctrica ya que nos facilita más información acerca del proceso que controla que otro de tipo ON/OFF. 7.7. Termostatos Con un mecanismo similar al presostato, el termostato abre o cierra un circuito en función de la temperatura existente. Existen diversas formas de realizar termostato. La más extendida en automatismos es el formado por dos láminas bimetálicas (Figura) aunque es posible encontrar termostatos de gas encerrado o de parafina que al dilatarse el gas o licuarse la parafina acciona el circuito de control asociado a ellos. 97
Los termostatos electrónicos están constituidos, principalmente, por una resistencia sensible a la temperatura denominada termistor que, como en el caso de los presostatos analógicos, además de activar el circuito de control, nos devuelve el valor de la temperatura que existe en el sistema que está controlando 7.8. Captores analógicos Este tipo de captores envía una señal variable al autómata (ver tema Bytes, Word y DWord). Existen, lógicamente, una gran variedad de captores, vamos a ver los más relevantes por el uso. Sonda PT100 Para medir temperaturas con bastante precisión se utiliza una resistencia de platino denominada PT-100, esta resistencia varía su valor con la temperatura con gran precisión. En las figuras inferiores podemos ver el aspecto de las PT100. 98
En rango de variación es de 100ºC aunque es posible encontrar modelos de más temperatura (ver tabla). Para valores superiores se utilizan termopares. Normalmente las PT100 industriales se consiguen encapsuladas dentro de un tubo de acero inoxidable u otro material (vaina), en un extremo está el elemento sensible (alambre de platino) y en el otro está el terminal eléctrico de los cables protegido dentro de una caja redonda de aluminio (cabezal). Existen PT100 con 2, 3 y 4 hilos siendo el más común el de 3 hilos ya que reduce el error 99
generado por los hilos de conexión. Las PT100 entregar precisiones de una décima de grado con la ventaja que la Pt100 no se descompone gradualmente enviando lecturas erróneas, si no que normalmente se abre, con lo cual el dispositivo medidor detecta inmediatamente la falla del sensor y da aviso. Sondas de tipo Sonar Este tipo de sensores tienen la ventaja que son capaces de detectar señales sin contacto físico con el elemento a medir. Se utilizan, generalmente, para detectar distancias. En depósitos podemos obtener el nivel de producto sea cual fuere sin necesidad utilizar sensores mecánicos de contacto. Se basan en el envío de un tren de ultrasonidos que rebotan en el objeto a medir (sólido o líquido) y vuelven al Sonar. En función del tiempo que tarda la señal en ir y volver detecta la distancia q que se encuentra el objeto. Se fabrican adaptados a diversas distancias, desde unos pocos centímetros a varios metros. Siemens los comercializa con la denominación sondas Bero 3RG6 (figura izquierda). Su conexión se puede ver en la siguiente figura. 100
Por su parte Telemecanique los engloba en la serie OSISONIC con referencias XX930 cuya conexión también se puede ver en la figura siguiente: 101