Decodificador en la automatización

 El decodificador en la automatización, es una segunda etapa, en la que un dispositivo, recibe señales digitales y las convierte en información visual.

Decodificador en la automatización

El decodificador, están presente en los circuitos integrados, el 7448, se emplea transformar señales digitales y representar los dígitos del 0 al 9, en un display (pantalla), aquí vamos a indagar su origen.

En esta serie en el #17, decimal codificado en binario, planteamos utilizar una pantalla de 7 segmentos, entre el codificador y la pantalla se ubica el decodificador.

Decodificador de código binario a visualización

Si en la salida de la primera etapa (codificador de digital a binario) tenemos bobinas de relevadores (A, B, C y D), los estados de sus contactos, pueden hacer la función del decodificador.

En la tabla de verdad he conservado el orden del peso binario D, C, B y A. ahora con mayúsculas para diferenciar de los segmentos de la pantalla, señalados con letras en minúsculas.

Decodificador de un número

La minimización de términos, es esencial de la automatización. De no ser así, el circuito contendría muchos elementos, resultando no ser practico.

 Por ejemplo, el número más simple, es el uno, utiliza los segmentos “b” y “c”, segmentos que juntos o individuales aparecen nuevamente en otros números.

Entrada y salida del decodificador

De manera individual el segmento “a”, solo en las primeras 4 entradas, enciende en 0, 2 y 3, el circuito requeriría de 16 contactos.

Utilizando el mapa de Karnaugh, con solo 6 contactos son suficientes, además ya están incluidos los estados para 5, 6, 7, 8 y 9.

Por lo que sí y si, en el diseño del decodificador, se hace uso de simplificación de funciones. 

Simplificación del decodificador

El mapa de Karnaugh, es una herramienta útil para minimizan circuitos lógicos complejos a su mínima expresión.

Para agrupar correctamente y obtener la ecuación más sencilla, se deben cumplir reglas fundamentales.

Mapa de Karnaugh del decodificador

En el próximo artículo de esta serie, abordaremos el estudio del mapa de Karnaugh, y aprovecharemos para obtener el circuito completo, del decodificador.

El código Gray en la automatización

 El código Gray en la automatización, se utiliza para eliminar errores de conmutación, y para reducir expresiones lógicas, tiene la característica, de que solo cambia una variable, entre estados consecutivos.

El código Gray en la automatización

Frank Gray investigador de los laboratorios Bell, busco una secuencia en la cual existiera un solo cambio de variable entre 2 estados sucesivos, al patentarlo en 1947, lo llamo “código binario reflejado”.

El termino reflejado es porque la secuencia se asemeja al reflejo de espejo.

 Y se utilizó, para prevenir señales falsas, en la operación de los interruptores electromecánicos (switches).

Código Gray

Como alternativa fue renombrarlo como código Gray, término que prevalece hoy en día, más en uso.

El código Gray, es un código binario no ponderado (no tiene un peso matemático), es útil para localizar posición, velocidad y sentido de giro.

Esto se aprovecha en máquinas automáticas de alta precisión, como los Robots y las Maquinas de Control Numérico, con sensores llamados “encoders absolutos”, que dan información en Gray.

Aplicación del código Gray

En 1953, el físico y matemático estadunidense Maurice Karnaugh, que al igual que Frank Gray trabajaba en los laboratorios Bell, invento una tabla hoy conocida como mapa de Karnaugh.

El mapa de Karnaugh, es una herramienta gráfica para simplificar ecuaciones lógicas booleanas, que hace uso del código Gray.

Mapa de Karnaugh

Cada celda adyacente, del mapa de karnaugh, difiere de un solo signo, incluso los extremos de la tabla son adyacentes.

El mapa de la gráfica corresponde a  las variables (abcd), en él se representan en 2 dimensiones (de filas y columnas), todas las posibles combinaciones (16) de acuerdo con el número de variables (4).

Aplicación del código Gray

Es un método para reducir el tamaño de las expresiones lógicas, mediante agrupaciones de celdas adyacentes.

Minimizando expresiones lógicas, se reduce instalaciones, costo y posibilidades de fallas.

El código Gray es parte fundamental en el diseño de un automatismo.

BCD electrónico

 Un BCD electrónico, es un circuito integrado, utilizado en la electrónica digital, para representar dígitos decimales (0-9), mediante un grupo de dígitos binarios (0000-1001).

BCD electrónico

El circuito integrado decimal codificado en binario “BCD” (siglas del inglés Binary-Coded Decimal), es uno de favoritos de los alumnos de la materia de circuitos digitales.

Los circuitos integrados (chips), no solo sobresalen por su tamaño, su costo y rendimiento son espectaculares en muchos más aspectos.

Circuito integrado

En 1958, el ingeniero eléctrico Jack Kilby, fabrico y probó con éxito un circuito sobre una pastilla cuadrada, reduciendo los componentes, por lo que este físico estadunidense es considerado el inventor del circuito integrado.

Un circuito integrado (chip o microchip), puede contener decenas, centenas, miles o millones de componentes diminutos, razón por lo que su representación es solo simbólica.

The TTL DATA BOOK

A principios de 1970 la empresa Texas Instruments, publico un libro de especificaciones (DATA BOOK), referencia principal para el diseño de sistemas digitales.

La electrónica es una rama de la electricidad, donde profesionales son especialistas de una área, en particular.

Componentes de circuitos electrónicos

Los diagramas de circuitos electrónicos, pueden considerarse incompletos para un electricista, no familiarizados con la lógica electrónica.

Los diagramas de circuitos electrónicos, pueden considerarse incompletos para un electricista, no familiarizados con la lógica electrónica.

En ellos se controlan señales de magnitud pequeña, y se presentan condiciones que en las instalaciones eléctricas no son relevantes.

Diagrama electrónico

En electrònica, un interruptor abierto, puede comportarse como una antena, por donde los campos electromagnéticos, de balastros o motores eléctricos, pudieran inducir señal no deseada. 

Para eliminar esta señal (llamada ruido),  y tener una señal de cero, el interruptor no esta abierto como tal, va conectado a tierra.

Decimal codificado en binario

 Decimal codificado en binario, es un término dado a un circuito, donde cada número de sistema decimal, es representado por un conjunto de 4 dígitos en sistema binario.

Decimal codificado en binario

El sistema de numeración más empleado, es el sistema decimal, es considerado como un estándar para representar cantidades, también es llamado de base 10, porque utiliza 10 signos 0,1,2,3,4,5,6,7,8 y 9.

El sistema binario (de base 2) utilizado en automatización, informática y computación, utiliza solo el 0 y el 1, y también cumple reglas de orden posicional para representar cantidades.

Equivalencias de numeración 

Transformar la información de un formato a otro, es llamado descodificar (también es aceptado decodificar). 

O como en nuestro estudio, podemos afirmar que buscamos obtener un circuito, llamado “decimal codificado en binario”, es decir con entrada decimal, obtenemos su equivalente en binario.

Codificador de decimal a binario

Una de las forma, es utilizar una matriz de diodos, es una configuración en filas y columnas con diodos dispuestos, para codificar señales digitales.

Los diodos permite que las señales sean rectificadas y viajen en una sola dirección, la visualización de la información, se da por la iluminación de lámparas, en electrónica es más común utilizar LEDs (Diodos emisores de luz).

Matriz de diodos

Si a la salida tenemos relevadores, los estados de los contactos, pueden ser empleados, como entradas y obtener a la salida una pantalla de conteo, o de mensajes escritos.

Visualización 

La descodificación de binario nuevamente a decimal, incluye estudio de simplificación.

La simplificación es fundamental para cumplir con los objetivos de la automatización, tales como reducir costos y mejorar la productividad.

A la par se buscar incorporar tecnologías modernas, en este tipo circuitos, el uso de la electrónica y computación, podemos obtener mejores resultados.

Código binario en la automatización

 Un código binario en la automatización, es sistema estructurado de comunicación, donde se presentan los estados de los dispositivos, utilizando solo los dígitos 0 Y 1.

Código binario en la automatización

Dada su sencillez de contener solo ceros y unos, los códigos binarios, se emplean en sistemas de computación, de informática y de automatización.

Con ellos se dan instrucciones, “creando el dialogo entre emisor (variables de entrada), y receptor (variables de salida).

Comunicación entre dispositivos

 Los códigos más empleados en automatización; son el binario natural, y el código Grey (binario reflejado).

El código binario natural es un sistema de numeración posicional, útil para plantear o analizar un automatismo, mediante una tabla llamada de verdad, donde se muestran todas las posibles combinaciones.

El código binario reflejado, tiene la característica que entre 2 números consecutivos difieren de un solo digito, (solo una variable cambia), se emplea en mapas de Karnaugh, herramienta útil para simplificación de la función de un automatismo.

Códigos binarios

Las funciones lógicas son expresiones que argumentan la relación entre los elementos, es decir cómo funciona (trabaja), ¿cuáles son sus órdenes y sus respuestas?

 “a y b negada = S” es una expresión codificada. Un código especifico (propio), para llegar a ella, verificarla o analizarla se utilizan códigos binarios.

Función lógica

Una función lógica esta codificada, es como leer el diagrama e interpretar su funcionamiento, en términos propios del área de la automatización.

Cuando hablamos de estados de los dispositivos, nos referimos a acciones mecánicas, en la entrada los interruptores activados representan un uno, no activados cero, en la salida un motor en reposo es cero y girando su eje un 1.

Expresión lógica

Así podemos leer un diagrama, o una ecuación lógica.

Para que se haga presente A; “a” no debe estar activada (a negada) y “b” si, de donde surge el siguiente argumento,  y se lee como:  A es igual “a negada” y “b”.

Estados binarios en los automatismos eléctricos

Estados binarios en los automatismos eléctricos

Los estados binarios en los automatismos eléctricos, son un sistema útil, para identificar condiciones de los elementos variables, de un circuito, asignándole 2 únicos valores (0 o 1).

Estados binarios en los automatismos eléctricos

Las variables de entrada, pueden ser activadas, por la intervención humana o por condiciones máquina.

Las primeras variables accionadas por el hombre, suelen ser, botones pulsadores e interruptores de palanca, y son útiles para la puesta en marcha, interrupir del funcionamiento, cambios de secuencia, paros de emergencia, y paro general.

Los botones pulsadores tienen 2 estados

Un botón pulsador solo tiene 2 estados, está activado o no activado

Se les asigna un valor de cero, cuando no están activados, y un 1 cuando están activados, independiente del estado de su contacto (normalmente cerrado o normalmente abierto).

Estado binario de  botón pulsador con multicontactos

Los interruptores de límite, también son variables de entrada su estado activado (1) o no activado (0), depende de la condición máquina.

Estado binario del interruptor de límite 

los detectores de fines de carrera, se activan por piezas maquinas, en esta serie por motivos didácticos, utilizare el símbolo francés, fuera del recuadro, en la figura anterior.  

Estado binario de una salida eléctrica

A las salidas binarias se les asigna un “1” cuando están trabajando y un “0”, en reposo.

Brandon Martínez, Exalumno del CMF del conalep

Con gusto les comparto, que la noche del 13 de marzo del presente año, en la Ciudad de Tijuana, Baja California, México. Brandon Martínez Rivas, como Boxeador profesional, obtuvo el campeonato en la categoría de peso mosca, de la WBA Fedelatin (World Boxing Association).

Felicidades muchacho.

Relevador inteligente

 Un relevador inteligente, es el nombre comercial, que los fabricantes equipo de control, le asignan a un pequeño control lógico programable ( Micro PLC), utilizado en la automatización.

Relevador inteligente

A inicios del siglo XX, la industria automotriz, introdujo las líneas de ensamblaje, con grandes instalaciones eléctricas, controladas en base a relevadores de control.

La General Motors (GM), busco una alternativa, a sus instalaciones eléctricas, cada vez más complejas, que dificultaban  localizar fallas o realizar modificaciones.

En respuesta el ingeniero estadunidense Dick Morley y su equipo en Bedford Associates, inventaron el Controlador Lógico Programable (1968-1969).

Sintetización del control

Hoy en día, para proyectos automatizados relativamente pequeños, son los micro Controladores Lógicos Programables, la respuesta más eficaz y económica.

 Algunas fabricantes de equipo eléctrico lo han renombrado como “relevador inteligente”, primero para recordar su origen. 

A los equipos, dispositivos o aparatos electrónicos, se les llaman “inteligentes” (Smart), cuando tienen capacidad de actuar de forma autónoma o semiautónoma, es decir, son capaces de procesan información programada.

Comunicación entre dispositivos

 También pueden conectarse a otros equipos y compartir su información, o conectarse a sistemas para mejorar su funcionamiento (actualizarse).

Desde sus inicios la programación fue diseñada para los eléctricos, encargados del mantenimiento, basada en esquemas de lógica de relevadores, también conocido como de escalera,  lenguaje “Ladder”.

Romario Martínez Exalumno del CMF del conalep

El nombre comercial “relevador inteligente” o “relé Smart”, hace referencia a su origen, en su interior electrónicamente, hay cientos de relevadores de control, además de temporizadores, contadores, entre otros elementos.

Es capaz de comunicarse con otros dispositivos, computadoras y teléfonos celulares.

Si se presentan las condiciones de las variables de entrada prestablecidas, continúa con su programación, de alli su denominación de inteligente.

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”.