Variables analógicas en la automatización industrial

Las variables analógicas en la automatización industrial, tienen valores infinitos dentro de un rango,  y para su uso, en un control lógico programable, se convierten en señales digitales.

Variables analógicas en la automatización industrial

El sonido, la temperatura, la luz, la presión y la velocidad, son variables que cambian, aumentan o bajan su valor.

Estos entornos físicos,  son detectados por transductores.

Los transductores reciben estas señales físicas, para luego convertirla en otra que tenga un comportamiento semejante (análogo), por lo general se transforman en una señal eléctrica.

Los transductores pueden proporcionar valores de tensión o de corriente, los valores normalizados más utilizados son; para tensión 0 a 10 Vcc . y para corriente de 4 a 20 mA.

Transductores de temperatura a tensión eléctrica

La sonda termopar utiliza 2 metales unidos en un extremo, para proporcionan voltajes pequeños entre 0 y 10 Voltios, proporcionales al calor medido (efecto Seebeck).

Estos valores, para su control y supervisión, en  un Controladores Lógicos Programables (PLC)  o en Sistemas Computacionales, requieren ser transformados, en señales digitales, (ceros o unos).

Convertidor analógico digital

El componente electrónico, que realiza esta función, es llamado “convertidor analógico digital”, y se encuentra al interior del PLC.

Entradas analógicas al PLC

Algunos “PLC” (Programmable Logic Controller) son capaces de controlar tanto variables digitales, como variables analógicas, para estas últimas, es necesario que cuenten con un convertidor ADC (Analog-to Digital Converter), localizado en su interior. 

El almacenamiento de la información en la automatización

 El almacenamiento de la información en la automatización, toma relevancia cuando se interrumpe una secuencia, para posteriormente continuar con ella, incluso ante un corte de energía.

El almacenamiento de la información en la automatización

El uso del petróleo y la electricidad, trajo el desarrollo de la automatización en las fábricas, principalmente en las áreas textil y automotriz.

La invención del contactor en 1924 por la empresa francesa Telemecanique, actualmente parte del grupo Schneider Electric, es referente en la automatización eléctrica industrial.

Se llama aparamenta eléctrica al “conjunto de dispositivos de conexión, mando y protección”, en este conjunto, el relevador biestable, juega un papel importante en un área específica del control.

El relevador biestable

El relevador biestable utiliza 2 bobinas y un mecanismo de retención.

 Al alimentar la primera bobina (X1), cambian de estado sus contactos, y aunque se retire su alimentación a la bobina, el estado de sus contactos se mantiene, gracias a su mecanismo de retención.

El dispositivo de retención más común, es un enclavamiento mecánico, que se libera con la otra bobina (X0).

Circuito eléctrico con relevador biestable

Gracias al mecanismo de retención, cuando se active un dispositivo por un pulso, como en este caso, en el interruptor de limite “b1”, cuando sale el vástago y luego regresa en el cilindro B, esta información no se pierde, es decir queda almacenada.

Es importante señalar que las condiciones de las variables, tanto de la salida y la del retorno son iguales en el cilindro “B”, la diferencia se logra con el relevador biestable, es decir “se recuerda”, “llegó y se fue”, aún sin energía eléctrica en ambas bobinas. 

Del relevador biestable al Flip Flop SR

La electrónica digital, creo su circuito equivalente, el Flip-Flop SR, este es considerado, la unidad de memoria básica, capaz de almacenar un bit, es decir un cero o un uno.

 Los relevadores biestables, forman parte de los Controladores Lógicos Programables ”PLC”.

Estados transitorios en la automatización industrial

 Los estados transitorios en la automatización industrial, son etapas intermedias, que suceden al pasar de un estado a otro, en un automatismo secuencial.

Estados transitorios en la automatización industrial

Los circuitos secuenciales, son ampliamente utilizados en la “automatización industrial¨, y fueron descritos en el #5 de esta serie.

Se llaman así porque siguen una secuencia, un orden de etapas prestablecidas, en la que se presentan estados transitorios, con su característica, de breve en tiempo. 

Estado transitorio 

Los estados transitorios, se presenta al activar los botones pulsadores y otros elementos de mando como los interruptores de límite, por lo que son muy frecuentes en la automatización.

 Este evento transitorio (breve en el tiempo), generar etapas intermedias, llamadas “estados transitorios”, que nos recuerden “como memoria”, que un dispositivo de entrada se activó, o se desactivo.

En circuitos lógicos eléctricos, se utilizan relevadores de control, con este fin, que harán funciones de variables secundarias (de memoria).

Señales transitorias

En controles industriales, un botón pulsador de marcha no debe tener un mecanismo de retención, la retención mecánica no es deseada, la razón es, que, ante un corte de energía, a su regreso representan un peligro, una puesta en marcha inesperada peligrosa.

Realizar el circuito eléctrico de un botón pulsador con doble función (el encendido y el apagado), tan común hoy en día, representa un enorme reto. 

Problema secuencial de encendido y apagado

El problema presenta 4 estados estables, representados con un número dentro de un circulo, las entradas en (1 y 3) al igual que (2 y 4), pero en ambos casos, se tienen salidas diferentes.

Variables secundarias

La tabla de verdad se complementa con estados transitorios, señalados sin círculo. Son el paso de un estado estable a otro estado estable. Creando un mapa de Karnaugh especial, en este caso particular con 2 variables secundarias, aquí se señalan con “X” y “Y”.

 En nuestro ejemplo, el estado estable② se ha transformado en (ax̄y), así cada uno. Dando como resultado, las ecuaciones que cumplen con el planteamiento de nuestro problema.

Las compuertas lógicas en la automatización industrial

Las compuertas lógicas en la automatización industrial, son elementos que realizan operaciones booleanas (AND, OR, NOT, etcétera), útiles en la construcción de circuitos automáticos rápidos y seguros.

Las compuertas lógicas en la automatización industrial

La automatización vio en el álgebra de Boole, una herramienta para analizar y simplificar circuitos.

El álgebra de Boole, es una rama de las matemáticas y la lógica digital, que trabaja con variables de 2 valores posibles (0 ó 1), de allí el nombre de digito (número) y de binario, solo 2 estados posibles por variable.

Suma lógica

 El álgebra de Booleana fue inventada en 1847 por el británico George Boole (1815-1864), cuenta con tres operaciones booleanas básicas, la suma, la multiplicación y negación.

En México hemos adoptado los nombres originales:  AND(Y), OR (O), y NOT (NO).

Por ejemplo. La función AND (función Y), es una suma lógica, que se lee así: Es necesario que “a” y “b”, tengan un valor de uno, para obtener una salida igual a 1.

Funciones booleanas básicas

La industria de la automatización creo los bloques lógicos, elementos físicos, capaces de realizar estas operaciones, principalmente en las áreas de electrónica y la neumática.

 Estos bloques (operadores lógicos), fueron son llamados “células lógicas” y más común “compuertas lógicas”.

Compuertas lógicas

Las compuertas lógicas, en su interior contienen componentes generalmente desconocidos, lo importante es conocer las conexiones y resultado.

Las compuertas lógicas, son una especie de "circuitos integrados" que permiten formar circuitos rápidos y seguros, en los que se ahorran conexiones y repetición de elementos.

Diagrama con compuertas lógicas 

Algunos controles lógicos programables (PLC), pueden programarse con diagramas de compuertas lógicas.

La función memoria en la automatización industrial

 La función memoria en la automatización industrial, tiene su origen en lógica de cableado con relés, y es utilizada para recordar que una condición idéntica ya ocurrió.  

La función memoria en la automatización industrial

Los circuitos eléctricos de control con relevadores, fueron la base de los circuitos lógicos programables.

Fue allí donde surgen 2 tipos de circuitos, los combinatorios y los secuenciales.

Análisis de circuito combinatorio

La tabla de verdad es una herramienta con columnas y reglones, donde se representas las condiciones de las variables de entrada y las variables de salida.

La tabla de verdad, suele ser el método preferido, para plantear un circuito

De allí se deduce el circuito, en los circuitos combinatorios, el orden de la selección no importa, ya que, para cualquier combinación de variables de entrada, existe solo una condición de salida.

Los circuitos combinatorios, no utilizan la función memoria, ya que los estados presentes, se consideran estables, para ellos, solo corresponde la misma salida.

Análisis de circuito secuenciales

En los circuitos secuenciales, hay que discernir, la razón se presentan condiciones de variables de entrada idénticas, pero con salida diferentes (como en 1 y 3 con círculo).

Se le da el termino de discernir a: “distinguir algo de otra cosa, señalando la diferencia que hay entre ellas”.

Variables secundaria

Los circuitos secuenciales, siguen un orden (una secuencia), en nuestro ejemplo, al presionar “b” una variable secundaria, se hace presente, con el fin de que cuando “b” regrese a “0”, nos recuerde que b fue activada y desactivada.

De allí que los estudiosos de automatismos llamemos que un relevador hace la función de memoria, el relevador se activa y hace diferencia entre el estado 1 y el estado 3.

Circuitos electrónicos han sustituido la función memoria, con enormes ventajas, pero su origen viene de los circuitos a relevador.