CAMPOS DE APLICACION DE LA ELECTRONICA INDUSTRIAL
CAMPO DE APLICACIÓN DE LA ELECTRÓNICA TELECOMUNICACIONES El procesamiento y transmisión masiva de la información requiere de la planificación, diseño y administración de los sistemas de radiodifusión, televisión, telefonía, redes de computadores, redes de fibra óptica, las redes satelitales y en forma cada vez más significativa los sistemas de comunicación inalámbricos, como la telefonía celular y personal.
ELECTRÓNICA INDUSTRIAL El uso eficiente de la energía requiere de la planificación, diseño y administración de los sistemas de instrumentación, automatización y control de la energía eléctrica en una gran diversidad de procesos entre los cuales destacan los que se encuentran en empresas papeleras, pesqueras, minería, industrias manufactureras y empresas de servicios.
CONTROL DE PROCESOS INDUSTRIALES La actividad del ingeniero especialista en control se centra aquí en la planificación, diseño, supervisión y explotación de sistemas de control automático en líneas de montaje y procesos de sistemas industriales. Como ejemplo de empresas que requieren los servicios de estos profesionales se pueden mencionar las mineras, las de pulpa y papel, las pesqueras, las textiles, las de manufacturas, etc. El control automático moderno emplea en forma intensiva y creciente computadores en variados esquemas. Asimismo, la disciplina envuelve sistemas de índoles no convencionales tales como robótica, sistemas expertos, sistemas neuronales, sistemas difusos, sistemas artificiales evolutivos y otros tipos de control avanzado.
ELECTRÓNICA DE POTENCIA Esta rama consiste en adaptar y transformar la electricidad, para su uso posterior en dispositivos eléctricos y electrónicos, tales como motores eléctricos y servomotores. Se usan principalmente resistencias, rectificadores, inversores, cicloconversores y choppers.
COMPUTADORES O ELECTRÓNICA DIGITAL La automatización creciente de sistemas y procesos que conlleva necesariamente a la utilización eficiente de los computadores digitales. Los campos típicos de este ingeniero son: redes de computadores, sistemas operativos y diseño de sistemas basado en microcomputadores o microprocesadores, que implica diseñar programas y sistemas basados en componentes electrónicos. Entre las empresas relacionadas con estos tópicos se encuentran aquellas que suministran equipos y desarrollan proyectos computacionales y las empresas e instituciones de servicios.
INGENIERÍA DE COMPONENTES Gran parte del proceso de producción en las empresas de electricidad y electrónica está relacionado con el diseño de circuitos. En este proceso es de gran importancia un conocimiento especializado de los componentes, lo que ha dado lugar a una especialidad dentro de la ingeniería electrónica denominada ingeniería de componentes. En esta especialidad el ingeniero deberá encargarse de una serie de funciones en las que cabe destacar las siguientes: Asesorar a los diseñadores: Para ello deberá tener conocimientos profundos sobre componentes tanto a nivel teórico como práctico. Además deberá estar constantemente al día para conocer las novedades del mercado así como sus tendencias. Redactar normas: Relacionadas con el manejo de los componentes desde que entran en la empresa hasta que pasan a la cadena de montaje. Elaborar una lista de componentes preferidos. Seleccionar componentes: Deberá elegirlo de entre la lista de preferidos y si no está, realizar un estudio de posibles candidatos. Con ello se persigue mejorar los diseños. Relacionarse con los proveedores: Para resolver problemas técnicos o de cualquier otro tipo. En la ingeniería de componentes se tiene en cuenta los materiales empleados así como los procesos de fabricación, por lo que el ingeniero deberá tener conocimientos al respecto.
SENSORES Y TRANSDUCTORES ELÉCTRICOS
Se llama sensor al instrumento que produce una señal, usualmente eléctrica (antaño se utilizaban señales hidráulicas), que refleja el valor de una propiedad, mediante alguna correlación definida (su ganancia). Un sensor es un dispositivo capaz de transformar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, en magnitudes eléctricas. Las variables de instrumentación dependen del tipo de sensor y pueden ser por ejemplo temperatura, intensidad luminosa, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, pH, etc. Una magnitud eléctrica obtenida puede ser una resistencia eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una tension eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica (como un fototransistor), etc. Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor está siempre en contacto con la variable a medir o a controlar. Hay sensores que no solo sirven para medir la variable, sino también para convertirla mediante circuitos electrónicos en una señal estándar (4 a 20 mA, o 1 a 5VDC) para tener una relación lineal con los cambios de la variable sensada dentro de un rango (span), para fines de control de dicha variable en un proceso.[cita requerida] 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. Áreas de aplicación de los sensores: Industria automotriz, Industria aeroespacial, Medicina , Industria de manufactura, Robótica , etc. Un transductor es un dispositivo capaz de transformar o convertir un determinado tipo de energía de entrada, en otra diferente de salida. El nombre del transductor ya nos indica cual es la transformación que realiza, aunque no necesariamente la dirección de la misma. Es un dispositivo usado principalmente en la industria,en la medicina, en la agricultura, en robótica,en aeronáutica, etc. para obtener la información de entornos físicos y químicos y conseguir (a partir de esta información) señales o impulsos eléctricos o viceversa. Los transductores siempre consumen algo de energía por lo que la señal medida resulta debilitada. DISPOSITIVO DE CONTROL ELECTRICO
CONTROLES ELECTRICOS INDUSTRIALES En los comienzos de la industrialización las máquinas fueron gobernadas esencialmente a mano e impulzadas desde un eje común de transmisión o de línea. Dicho eje de transmisión era impulsado por un gran motor de uso contínuo el cual accinaba mediante una correa tales máquinas en el momento que fuese necesario, una de las desventajas principales que este sistema de transmisión de potencia fue que no era conveniente para una producción de nivel elevada. El funcionamiento automático de una máquina se obtiene exclusivamente por la acción desl motor y del control de la máquina. Este control algunas veces es totalmente eléctrico y otras veces suele combinarse al control mecánico, pero los principios básicos aplicados son los mismos. Una máquina moderna se compone de tres partes principales que son las siguientes: realizar un tipo de trabajo. cuanto a la carga, tipo de trabajo y _________de servicio que se requiere. diciones de funcionamiento tanto del motor como de la máquina. TIPOS DE CONTROLES ELECTRICOS.
Estos pueden ser del tipo: MANUAL: Este tipo de control se ejecuta manualmente en el mismo lugar en que está colocada la máquina. Este control es el más sencillo y conocido y es generalmente el utilizado para el arranque de motores pequeños a tensión nominal. Este tipo de control se utilizan frecuentemente con el propósito de la puesta en marcha y parada del motor. El costo de este sistema es aproximadamente la mitad del de un arrancador electromagnético equivalente. E arrancador manual proporciona genegalmente protección contra sobrecarga y desenganche de tensión mínima, pero no protección contra baja tensión. Este tipo de control abunda en talleres pequeños de metalisteria y carpintería, en que se utilizan máquinas pequeñas que pueden arrancar a plena tensión sin causar perturbaciones en las líneas de alimentación o en la máquina. Una aplicación de este tipo de control es una máquina de soldar del tipo motor generador . El control manual se aracteriza por el hecho de que el operador debe mover un interruptor o pulsar un botón para que se efectúe cualquier cambio en las condiciones de funcionamiento de la máquina o del equipo en cuestión. SEMI-AUTOMATICO: Los controladores que pertenecen a esta clasificación utilizan un arrancador electromagnético y uno o más dispositivos pilotos manuales tales como pulsadores, interruptores de maniobra, combinadores de tambor o dispositivos análogos. Quizas los mandos más utilizados son las combinaciones de pulsadores a causa de que constituyen una unidad compacta y relativamente económica. El control semi-automático se usa principalmente para facilitar las maniobras de mano y control en aquellas instalaciones donde el control manual no es posible. La clave de la clasificación como en un sistema de control semiautomático es el hecho de que los dispositivos pilotos son accionados manualmente y de que el arrancador del motor es de tipo electromagnético. CONTROL AUTOMATICO: Un control automático está formado por un arrancador electromagnético o contactor controlado por uno o más dispositivos pilotos automáticos. La orden inicial de marcha puede ser automática, pero generalmente es una operación manual, realizada en un panel de pulsadores e interruptores. En algunos casos el control puede tener combinación de dispositivos manuales y automáticos. Si el circuito contiene uno o más dispositivos automáticos, debe ser clasificado como control automático.
Los contactores son dispositivos electromagnéticos, en el sentido de que en ellos se producen fuerzas magnéticas cuando pasan corrientes eléctricas por las bobinas del hilo conductor que estos poseen y que respondiendo a aquellas fuerzas se cierran o abren determinados contactos por un movimiento de núcleos de succión o de armaduras móviles. COMPONENTES DE UN CONTACTOR El electro-imán: Es el elemento motor del contactor. Se compone de un circuito magnético, (una bobina y un núcleo de hierro). Su forma varía en función del tipo del contactor y puede eventualmente diferir según sea la naturaleza de corriente de alimentación alterna o contínua. Un pequeño entre-hierro evita en el circuito magnético en posición de cierre, todo riesgo de remanencia. Los resortes son los que aseguran la presión entre los polos al momento en que la bobina está energizada. La Bobina: Produce el flujo magnético necesario para la atracción de la armadura móvil del electro-imán. Está concebida para resistir a los choques mecánicos provocados por el cierre y la apertura de los contactores, así como a los choques electromagnéticos debido al paso de la corriente por sus espiras. Las bobinas emplleadas actualmente son muy resistentes a las sobretensiones, a los choques, a las atmósferas agresivas; están realizadas en hilo de cobre de esmalte reforzado; algunas son reforzadas en cuanto a su construcción. LOS POLOS: Son los encargados de establecer o interrumpir la corriente en el circuito de potencia. Estos a su vez están elaborados para permitir el paso de la corriente nominal del contactor en servicios continuos sin calentamiento anormal. Se componen de una parte fija y de otra móvil. Los polos están generalmente equipados de contactos de plata-óxido de cadnio, material inoxidable de una gran resistencia tanto mecánica como al arco eléctrico. Cuando el contactor “corta en carga”; esta carga es cortada para resolver
determinados problemas de automatismo. Los polos están formados por contactos los cuales pueden tener las diferentes combinaciones: Contacto instantáneo de cierre (NA), abierto cuando el contactor está en reposo y cerrado cuando el electro-imán está en tensión.
Contacto instantáneo de apertura (NC), cerrado cuando el contactor está en reposo y abierto cuando el electro-imán está en tensión. Contacto instantáneo (NANC), cuando el contactor está en reposo uno de los contactos está cerrado mientras que el otro permanece abierto. Cuando cierra el circuito magnético los contactos se invierten. EL RELE En los circuitos de control automático nos encontramos generalmente con uno o más relés, principalmente a causa de que el relé proporciona flexibilidad. El relé pro su propia construcción es un amplificador mecánico, es decir, que cuando se activa o se excita la bobina de un relé con 24 voltios y los contactos están controlando un circuito de 440 voltios, se amplifica la tensión mediante el uso del mismo. El relé tiene la misma construcción sque el contactor pero con la diferencia de que maneja una menor potencia. La bobina, polos y contactos son de construcción un poco similar. EL ARRANCADOR El arrancador consite en su forma más simple en un dispositivo que conecta y desconecta un motor de la red y que además realiza funciones de protección contra sobrecarga del motor. Se hallan catalogados entre los tipos siguientes: Arrancador con dispositivos térmicos para pequeños equipos monofásicos. Arrancadores manuales directos de los size “0” y “1” para motores monofásicos y
trifásicos. Arrancador a tensión reducida mediante autotransforador para grandes motores. Arrancador automático. Este tipo de arrancador es llamado también arrancador electromagnético, consta de un contactor con la adicción de un control protector. TEMPORIZADORES (TIMERS) Una de las ventajas más importantes de los circuitos regulados automáticamente es ue la sucesión de las operaciones pueden cronometrarse con gran exactitud. Esto se realiza mediante el empleo de relés temporizados de los que existen numerosos tipos y que pueden ajustarse para regular períodos de tiempos
cortísimos, como una fracción de segundos, o mucho más largos, como varios minutos. Adem´s otros tipos industriales pueden obtener retardos hasta de varias horas. APLICACIÓN DE LOS CONTROLES ELECTRICOS Los controles eléctricos son usados industrialmente para máquinas o equipos, los cuales realizan un determinado trabsajo. Un ejemplo es el de un final de carrera (Limit Switch) el cual desactiva o activa un circuito al accionarse mecánicamente una palanca que es la que provoca la apertura o cierre de los contactos. Aplicaciones básicas para los controles eléctricos. CONEXIÓN SERIE Para que la bombilla encienda deben de estar los dos interruptores manuales cerrados (S1 y S2). CONEXIÓN PARALELO Para que la bombilla encienda solo se necesita un solo interruptor cerrado (S1 ó S2). CONEXIÓN SERI-PARALELO Para que la bombilla encienda se necesita obligatoriamente el cerrado y además uno de los dos contactos que están en paralelo cerrado, cualquiera de los dos S1 y (S2 ó S3). EL RELE, ARRANCADOR, CONTACTOR: El relé, arrancador, contactor, son dispositivos de acción electromagnética, cuya misión es conectar e interrumpir repetidamente un circuito eléctrico. Aunque ambas manejen diferentes potenciales o sbien pueden estar provistos de dispositivos de protección o no; su principio de funcionamiento es el mismo; por acción electromagnética. En una máquina eléctrica, el técnico electricista pone su principal atención en las partes sometidas a movimiento. En nuestro caso los contactos. Para obtener un funcionamiento sin averías de estos dispositivos, todas sus partes deben ser chequeadas periódicamente, en especial las partes sometidas a movimiento como son los contactos. Para mantener estos en buen estado de funcioamiento deben conservarse los valores especificados por el fabricante del dispositivo en los puntos siguientes:
Presión del contacto (inicial y final);
Puede medirse con un dinamómetro de resorte, la presión inicial con los contactos abiertos y la final con ellos cerrados.
Es la distancia entre el eje del núcleo y un punto correspondiente a la armadura; si esta distancia es alterada, la bobina correrá el riesgo de averiarse.
Es la separación entre los contactos donde se produce el arco.
Viene fijando por el grosor del material que puede gastarse hasta que el contacto entre las dos superficies desgastadas llegue a considerarse inseguro según las normas de desgaste de los contactos fijados por el fabricante o el técnico de mantenimiento.
Una bobina debe tener las características de: Cierre de los contactos cuando la tensión del circuito de mando alcanza el 80% de su valor nominal. La apertura del contactor, cuando la tensión del circuito de mando descrece por debajo del 65% de su valor nominal. Sooportar permanentemente una tensión correspondiente al 110% del valor del valor nominal.
FUNCIONAMIENTO BÁSICO DEL PLC Como su mismo nombre lo indica, se ha diseñado para programar y controlar procesos secuenciales en tiempo real. Por lo general, es posible encontrar este tipo de equipos en ambientes industriales. Los PLC sirven para realizar automatismos; son dispositivos electrónicos que reproducen programas informáticos, que permiten controlar procesos automáticamente. Se tiene que saber que hay infinidades de tipos de PLC, los cuales tienen diferentes propiedades, que ayudan a facilitar ciertas tareas para las cuales se los diseñan. Los PLC son llamados también por algunos autores Autómatas Programables Industriales. Un autómata programable industrial (API) o Programable logic controller (PLC), es un equipo electrónico, programable en lenguaje no informático, diseñado para controlar en tiempo real y en ambiente de tipo industrial, procesos secuenciales. Un PLC trabaja en base a la información recibida por los captadores y el programa lógico interno, actuando sobre los accionadores de la instalación.
CAMPOS DE APLICACIÓN El PLC por sus especiales características de diseño tiene un campo de aplicación muy extenso. La constante evolución del hardware y software amplía constantemente este campo para poder satisfacer las necesidades que se detectan en el espectro de sus posibilidades reales. Su utilización se da fundamentalmente en aquellas instalaciones en donde es necesario un proceso de maniobra, control, señalización, etc. , por tanto, su aplicación abarca desde procesos de fabricación industriales de cualquier tipo a transformaciones industriales, control de instalaciones, etc. Sus reducidas dimensiones, la extremada facilidad de su montaje, la posibilidad de almacenar los programas para su posterior y rápida utilización, la modificación o alteración de los mismos, etc., hace que su eficacia se aprecie fundamentalmente en procesos en que se producen necesidades tales como: Espacio reducido Procesos de producción periódicamente cambiantes
Procesos secuenciales Maquinaria de procesos variables Instalaciones de procesos complejos y amplios Chequeo de programación centralizada de las partes del proceso
Ejemplos de aplicaciones generales: Maniobra de máquinas Maquinaria industrial de plástico Máquinas transfer Maquinaria de embalajes Maniobra de instalaciones: Instalación de aire acondicionado, calefacción... Instalaciones de seguridad Señalización y control: Chequeo de programas Señalización del estado de procesos
VENTAJAS E INCONVENIENTES No todos los autómatas ofrecen las mismas ventajas sobre la lógica cableada, ello es debido, principalmente, a la variedad de modelos existentes en el mercado y las innovaciones técnicas que surgen constantemente. Tales consideraciones me obligan e referirme a las ventajas que proporciona un autómata de tipo medio.
VENTAJAS Menor tiempo empleado en la elaboración de proyectos debido a que: No es necesario dibujar el esquema de contactos
No es necesario simplificar las ecuaciones lógicas, ya que, por lo general la capacidad de almacenamiento del módulo de memoria es lo suficientemente grande. La lista de materiales queda sensiblemente reducida, y al elaborar el presupuesto correspondiente eliminaremos parte del problema que supone el contar con diferentes proveedores, distintos plazos de entrega. Posibilidad de introducir modificaciones sin cambiar el cableado ni añadir aparatos. Mínimo espacio de ocupación. Menor coste de mano de obra de la instalación. Economía de mantenimiento. Además de aumentar la fiabilidad del sistema, al eliminar contactos móviles, los mismos autómatas pueden indicar y detectar averías. Posibilidad de gobernar varias máquinas con un mismo autómata. Menor tiempo para la puesta en funcionamiento del proceso al quedar reducido el tiempo cableado. Si por alguna razón la máquina queda fuera de servicio, el autómata sigue siendo útil para otra máquina o sistema de producción.
INCONVENIENTES Como inconvenientes podríamos hablar, en primer lugar, de que hace falta un programador, lo que obliga a adiestrar a uno de los técnicos en tal sentido, pero hoy en día ese inconveniente esta solucionado porque las universidades ya se encargan de dicho adiestramiento. El coste inicial también puede ser un inconveniente.
FUNCIONES BÁSICAS DE UN PLC
Detección: Lectura de la señal de los captadores distribuidos por el sistema de fabricación. Mando: Elaborar y enviar las acciones al sistema mediante los accionadores y preaccionadores. Dialogo hombre maquina: Mantener un diálogo con los operarios de producción, obedeciendo sus consignas e informando del estado del proceso. Programación: Para introducir, elaborar y cambiar el programa de aplicación del autómata. El dialogo de programación debe permitir modificar el programa incluso con el autómata controlando la maquina.
