ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA INDUSTRIAL
ANTOLOGÍA
UNIDAD IV
CAMPO DE APLICACIÓN DE ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA INDUSTRIAL
ING. ARNOLDO CAMPILLO BORREGO
ALUMNA: E. NIZAYET JACINTO CRUZ
INGENIERIA INDUSTRIAL
2 “B”
Atitalaquia Hgo. A 1 de junio del 2011
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INDICE
UNIDAD IV.- CAMPO DE APLICACIÓN APLICACIÓN DE LA ELECTRICIDAD Y ELECTRONICA INDUSTRIAL
INTRODUCCION
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4.1 Sensores y transductores eléctricos
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4.2 Dispositivos de control eléctrico
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4.3 Funcionamiento básico del PLC
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INTRODUCCION Entre la ingeniería electrónica y la ingeniería eléctrica existen similitudes fundamentales, pues ambas tienen como base de estudio el fenómeno eléctrico. Sin embargo la primera se especializa esp ecializa en circuitos de bajo voltaje entre ellos los semiconductores, los cuales tienen como componente fundamental al transistor o transistor o el comportamiento de las cargas en el vacío como en el caso de las viejas válvulas termoiónicas y la ingeniería eléctrica se especializa en circuitos eléctricos de alto voltaje como se ve en las líneas de transmisión y en las estaciones eléctricas. Ambas ingenierías poseen aspectos comunes como pueden ser los fundamentos matemáticos y físicos, la teoría de circuitos, el estudio del electromagnetismo y la planificación de proyectos. Otra diferencia fundamental reposa en el hecho de que la ingeniería electrónica estudia el uso de la energía eléctrica para transmitir, recibir y procesar información, siendo esta la base de la ingeniería de telecomunicación, de la ingeniería informática y la ingeniería de control automático. El punto concordante de las ingenierías eléctrica y electrónica es el área de potencia. La electrónica se usa para convertir la forma de onda de los voltajes que sirven para transmitir la energía eléctrica; la ingeniería eléctrica estudia y diseña sistemas de generación, distribución y conversión de la energía eléctrica, en suficientes proporciones para alimentar y activar equipos, redes de electricidad de edificios y ciudades entre otros. La Ingeniería electrónica es una rama de la ingeniería, que utiliza la electricidad, específicamente la electrónica para resolver problemas de la ingeniería tales como el control de procesos industriales, la transformación de la electricidad para el funcionamiento de diversos dispositivos y tiene aplicación en la Los experimentos llevados a cabo por diferentes científicos a finales del siglo XIX y principios del XX en cuanto a los fenómenos eléctricos y electromagnéticos fueron asentando las bases para lo que poco tiempo después sería una nueva especialidad, primero de la física, y seguidamente de la ingeniería. En 1884 Thomas Alva Edison en sus trabajos para mejorar la lámpara incandescente detectó el fenómeno termoiónico, fenómeno que lleva su nombre. Este hecho daría lugar a la primera válvula electrónica (o bulbo electrónico) y al nacimiento de la nueva ingeniería. Esta primera válvula fue el diodo. En 1907 Lee de Forest intentando perfeccionar los receptores telegráficos añadió una rejilla entre el cátodo y el ánodo de un diodo. Con éste añadido podía controlar la corriente de paso entre las placas de primitivo diodo, el nuevo elemento recibió el nombre de triodo y fue la base de la electrónica moderna. Hasta el nacimiento de los transistores, e incluso mucho tiempo después, se han utilizado las válvulas termoiónicas para los circuitos electrónicos. Hoy en día todavía se mantiene viva, aunque parece ser que tiene los días contados, algún elemento de esa tecnología, ese elemento es el tubo de rayos catódicos que se utiliza para las pantallas de televisión y otros terminales gráficos y está siendo sustituido por las tecnologías de pantallas de LCD y plasma.
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El nacimiento del transistor, a finales de la década de los 50 del siglo XX que vino a revolucionar la electrónica y como tercera fase de desarrollo tenemos la tecnología de circuitos integrados (chip). (chip).
4.1 Sensores y transductores eléctricos Un sensor o captador, como prefiera llamársele, no es más que un dispositivo diseñado para recibir información de una magnitud del exterior y transformarla en otra magnitud, normalmente eléctrica, que seamos capaces de cuantificar y manipular. Normalmente estos dispositivos se encuentran realizados mediante la utilización de componentes pasivos (resistencias variables, PTC, NTC, LDR, etc... todos aquellos componentes que varían su magnitud en función de alguna variable), y la utilización de componentes activos. Pero el tema constructivo de los captadores lo dejaremos a un lado, ya que no es el tema que nos ocupa, más adelante incluiremos en el WEB SITE algún diseño en particular de algún tipo de sensor.
DESCRIPCIÓN DE ALGUNOS SENSORES: Pretendo explicar de forma sencilla algunos tipos de sensores.
-Sensores de posición: Su función es medir o detectar la posición de un determinado objeto en el espacio, dentro de este grupo, podemos encontrar los siguientes tipos de captadores;
-Los captadores fotoeléctricos: La construcción de este tipo de sensores, se encuentra basada en el empleo de una fuente de señal luminosa (lámparas, diodos LED, diodos láser etc...) y una célula receptora de dicha señal, como pueden ser fotodiodos, fototransistores o LDR etc. Este tipo de sensores, se encuentra basado en la emisión de luz, y en la detección de esta emisión realizada por los foto detectores. Según la forma en que se produzca esta emisión y detección de luz, podemos dividir este tipo de captadores en: captadores por barrera, o captadores por reflexión. En el siguiente esquema podremos apreciar mejor la diferencia entre estos dos estilos de captadores:
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Captadores - Captadores por barrera: Estos detectan la existencia de un objeto, porque interfiere la recepción de la señal luminosa. -Captadores por reflexión: La señal luminosa es reflejada por el objeto, y esta luz reflejada es captada por el captador fotoeléctrico, lo que indica al sistema la presencia de un objeto. -Sensores de contacto: Estos dispositivos, son los más simples, ya que son interruptores que se activan o desactivan si se encuentran en contacto con un objeto, por lo que de esta manera se reconoce la presencia de un objeto en un determinado lugar. Su simplicidad de construcción añadido a su robustez, los hacen muy empleados en robótica.
-Captadores de circuitos oscilantes: Este tipo de captadores, se encuentran basados en la existencia de un circuito en el mismo que genera una determinada oscilación a una frecuencia prefijada, cuando en el campo de detección del sensor no existe ningún objeto, el circuito mantiene su oscilación de un manera fija, pero cuando un objeto se encuentra dentro de la zona de detección del mismo, la oscilación deja de producirse, por lo que el objeto es detectado. Estos tipos de sensores son muy utilizados como detectores de presencia, ya que al no tener partes mecánicas, su robustez al mismo tiempo que su vida útil es elevada.
-Sensores por ultrasonidos: Este tipo de sensores, se basa en el mismo funcionamiento que los de tipo fotoeléctrico, ya que se emite una señal, esta vez de tipo ultrasónica, y esta señal es recibida por un receptor. De la misma manera, dependiendo del camino que realice la señal emitida podremos diferenciarlos entre los que son de barrera o los de reflexión.
-Captadores de esfuerzos: Este tipo de captadores, se encuentran basados en su mayor parte en el empleo de galgas extensométrica, que son unos dispositivos que cuando se les aplica una fuerza, ya puede ser una tracción o una compresión, varia su resistencia eléctrica, de esta forma podemos medir la fuerza que se está aplicando sobre un determinado objeto.
-Sensores de Movimientos:
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Este tipo de sensores es uno de los más importantes en robótica, ya que nos da información sobre las evoluciones de las distintas d istintas partes que forman el robot, y de esta manera podemos controlar con un grado de precisión elevada la evolución del robot en su entorno de trabajo. Dentro de este tipo de sensores podemos encontrar los siguientes: - Sensores de deslizamiento: Este tipo de sensores se utiliza para indicar al robot con que fuerza ha de coger un objeto para que este no se rompa al aplicarle una fuerza excesiva, o por el contrario que no se caiga de las pinzas del robot por no sujetarlo debidamente. Su funcionamiento general es simple, ya que este tipo de sensores se encuentran instalados en el órgano aprehensor (pinzas), cuando el robot decide coger el objeto, las pinzas lo agarran con una determinada fuerza y lo intentan levantar, si se produce un pequeño deslizamiento del objeto entre las pinzas, inmediatamente es incrementada la presión le las pinzas sobre el objeto, y esta operación se repite hasta que el deslizamiento del objeto se ha eliminado gracias a aplicar la fuerza de agarre suficiente. - Sensores de Velocidad: Estos sensores pueden detectar la velocidad de un objeto tanto sea lineal como angular, pero la aplicación más conocida de este tipo de sensores es la medición de la velocidad angular de los motores que mueven las distintas partes del robot. La forma más popular de conocer la velocidad del giro de un motor, es utilizar para ello una dinamo tacométrica acoplada al eje del que queremos saber su velocidad angular, ya que este dispositivo nos genera un nivel determinado de tensión continua en función de la velocidad de giro de su eje, pues si conocemos a que valor de tensión corresponde una determinada velocidad, podremos averiguar de forma muy fiable a qué velocidad gira un motor. De todas maneras, este tipo de sensores al ser mecánicos se deterioran, y pueden generar errores en las medidas. Existen también otros tipos de sensores para controlar la velocidad, basados en el corte de un haz luminoso a través de un disco perforado sujetado al eje del motor, dependiendo de la frecuencia con la que el disco corte el haz luminoso indicará la velocidad del motor. - Sensores de Aceleración: Este tipo de sensores es muy importante, ya que la información de la aceleración sufrida por un objeto o parte de un robot es de vital importancia, ya que si se produce una aceleración en un objeto, este experimenta una fuerza que tiende ha hacer poner el objeto en movimiento.
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Supongamos el caso en que un brazo robot industrial sujeta con una determinada presión un objeto en su órgano terminal, si al producirse un giro del mismo sobre su base a una determinada velocidad, se provoca una aceleración en todo el brazo, y en especial sobre su órgano terminal, si esta aceleración provoca una fuerza en determinado sentido sobre el objeto que sujeta el robot y esta fuerza no se ve contrarrestada por otra, se corre el riesgo de que el objeto salga despedido del órgano aprehensor con una trayectoria determinada, por lo que el control en cada momento de las aceleraciones a que se encuentran sometidas determinadas partes del robot son muy importantes. El sonidos y la vibración están conectados en el sentido de que un sonido esta asociado con una vibración mecánica Muchos sonidos son causados por la vibración de sólidos o gases y el efecto de un sonido sobre un oyente es la vibración del tímpano La onda del sonido es una forma de onda causada por una vibración Las vibraciones mecánicas no necesitan necesariamente causar alguna onda de sonido, porque una onda de sonidos necesita un medio para vibrar, por lo que no hay transmisión del sonido en el vacío Cuando un sonido es transmitido, los parámetros de la onda son la velocidad la longitud de onda y la frecuencia. La frecuencia y la forma de onda están determinadas por la frecuencia y la forma de onda de la vibración que causa la onda del sonido pero la velocidad y la longitud longitud de onda son dependientes del medio que lleva la onda de sonido La relación de la velocidad, longitud de onda y frecuencia es v= l.f La percepción del sonido por la oído es un trabajo mucho mas complicado El oído tiene una respuesta no lineal y una sensibilidad que varia muy notablemente con la frecuencia del sonido El rango de frecuencias sobre las cuales el sonido puede ser detectado por el oído humano esta limitado en el rango de 20Hz a 20KHz El limite inferior esta determinado por el efecto de filtrado del sonido de los tejidos del oído y la anulación de los efectos desagradables de las vibraciones de baja frecuencia que existe a nuestro alrededor Pero sin embargo los transductores no necesariamente se restringen a esos límites de frecuencias, en algunos casos puede ser usado con infrasonidos (muy bajas frecuencias) o con ultrasonidos (muy altas frecuencias)
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Las ondas de acústica de hecho pueden hacer uso de frecuencias en el rango de los MHz El efecto de una onda de sonido sobre un material es la vibración de ese material y de acuerdo a esta vibración cada parte del material puede ser acelerado La aceleración esta en direcciones alternativas y no hay desplazamiento en peso del material pero una salida eléctrica puede ser obtenida desde un acelerómetro conectado al material. Lo sensores y transductores para sonido son eléctricamente de la misma forma que los sensores y transductores para aceleración y velocidad y la principal diferencia son los caminos en los cuales los sensores y transductores son usados.
EL AUDIO EN TRANSDUCTORES ELÉCTRICOS El sonido en transductores de energía eléctrica es el micrófono, y los tipos de micrófonos son clasificados por el tipo de transductor que usan. Sin embargo el micrófono se usará como filtrado acústico, entradas cuyas ondas y dimensiones modifican la respuesta del sistema. Se necesitan porque cada transductor tendrá su propia respuesta que esta determinada por resonancias en los materiales. Este tipo de compensación es preferible a usar métodos eléctricos, porque los filtros acústicos pueden tener muchos efectos estafadores con menos impacto en el resto del rango de frecuencias. Las características de un micrófono son ambas acústicas y eléctricas. Por otro lado la impedancia de un micrófono tiene una importancia considerable Un micrófono con alta impedancia normalmente tiene una salida eléctrica bastante alta, pero la alta impedancia lo hace muy susceptible a un zumbido o acoplamiento magnético o eléctrico Una baja impedancia esta normalmente asociada con una salida muy baja pero el zumbido es casi despreciable. Otro factor de importancia es si el micrófono es direccional o omnidireccional Si el principio de operación del micrófono es por sensibilidad de presión de la onda de sonido, luego el micrófono será omnidireccional, llegando el sonido desde cualquier dirección Si el micrófono responde a la velocidad de la onda de sonido entonces es un micrófono direccional y la sensibilidad tiene que ser medida en términos de dirección como amplitud de la onda de sonido
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Los tipos de micrófono son conocidos como de presión o de velocidad, omnidireccionales o direccionales. El tipo de transductor no necesariamente determina el principio de operación como velocidad o presión, porque la construcción acústica del micrófono es normalmente a factor más importante
EL MICRÓFONO DE CARBÓN El tipo de micrófono micrófono de carbón granulado fue el primer primer tipo de micrófono que se utilizo utilizo para el uso del teléfono, pero hoy en día se ha remplazado por el tipo capacitor. El principio esta ilustrado en la figura y usa gránulos sueltas de carbón sujetados entre un diafragma y una lamina. Cuando los gránulos se comprimen, la resistencia entre el diafragma y la lámina cae considerablemente y la vibración del diafragma puede por lo tanto convertirse en variaciones de resistencia de los gránulos. El micrófono por lo tanto no genera un voltaje y requiere de una fuente externa para ser usada. La única ventaja del micrófono de carbón granulado es que proporciona una salida la cual es colosal por micrófonos estándar, con salidas de 1V de pico a pico. La linealidad es muy pobre, la estructura causa múltiples resonancias en el rango audible y la resistencia de los gránulos altera en un camino aleatorio cada uno sin presencia de sonido, causando un alto nivel de ruido. La predominación del micrófono de carbón en los días próximos de telefonía estaban debido a su alta salida a tiempo cuando la no amplificación era posible y la introducción de la válvula y mas tarde las amplificadores de transistor causaron la rápida desaparición del micrófono de carbón para uso de audio.
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EL MICRÓFONO DE HIERRO MÓVIL (RELUCTANCIA VARIABLE) Un imán potente contiene una armadura de hierro maleable en su circuito magnético y esta armadura es sujetada a un diafragma. El principio es ilustrado en la figura. La reluctancia magnética del circuito se altera como la armadura mueve y esto altera el flujo magnético total en el circuito magnético Una bobina enrollada alrededor del circuito magnético dando una FEM la cual proporciona cada cambio de flujo magnético, así que la onda eléctrica desde el micrófono esta a 90 grados desfasado a la amplitud de la onda de sonido, proporcional a la aceleración del diafragma La linealidad de la conversión puede ser razonable para amplitudes pequeñas del mecanismo de la armadura, muy pobre para grandes amplitudes. El nivel de salida desde un micrófono de hierro móvil puede ser alto del orden de 50 mV y la impedancia de salida es también alta, típicamente de muchos cientos de ohmios. Como el camino del flujo en el transductor esta casi cerrado los cambios externos en el campo magnético serán muy eficientemente capturados y el resultado es que la componente magnética del zumbido principal esta superpuesto en la salida Esto puede ser reducido por protección del circuito magnético, usando mu-metal ó aleaciones similares.
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MICRÓFONO DE BOBINA MÓVIL El micrófono de bobina móvil usa un circuito de flujo magnético constante en el cual la salida eléctrica esta generada por movimiento de una bobina pequeña de alambre en el circuito magnético. La bobina es enganchada a un diafragma y la disposición es normalmente en forma de cápsula Como antes, la salida máxima ocurre como la bobina alcanza la máxima velocidad entre los picos de la onda de sonido así que la salida eléctrica esta a 90 grados en fase a la onda de sonido. La bobina es normalmente pequeña y su rango de movimiento muy pequeño, así que la linealidad es excelente para este tipo de micrófonos. La bobina tiene una impedancia baja y la salida es correspondientemente baja pero no tan baja que tiene que competir con el nivel de ruido de un amplificador. La inductancia baja de la bobina hace mucho menos susceptible a zumbidos desde el campo magnético y es posible el uso de bobinas compensadoras de zumbidos conocidas como “Humbuckers” (escudos de zumbidos) en la estructura del micrófono reduciendo el zumbido, sumándole una señal de zumbido en contrafase a la Saida de la bobina
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EL MICRÓFONO DE CINTA El micrófono de cinta es la conclusión lógica del principio del movimiento de bobina en el cual la bobina ha sido reducida a una cinta conductora de tiras, con la señal siendo tomada desde el final de la cinta. Un intenso campo magnético es usado, así que el movimiento de la cinta corta cruzando el máximo flujo magnético posible que genera una salida eléctrica cuyo valor de pico esta a 90 grados en fase a la onda de sonido. Una de las muchas características del micrófono de cinta es el hecho de que esta a una velocidad de operación, porque la cinta esta afectada por la velocidad del aire en la onda sonora tanto que su presión. Este tipo de micrófonos es por lo tanto usado en situaciones donde la respuesta direccional es importante La linealidad es excelente y el micrófono de cinta es predominante donde se desea una calidad alta de reproducción. La construcción del micrófono de cinta inevitablemente hace que la salida sea extremadamente baja y los micrófonos son normalmente equipados con transformadores que aumentan el nivel de voltaje voltaje y el nivel de impedancia. El zumbido que se produce es extremadamente bajo
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MICRÓFONOS PIEZOELÉCTRICOS 13
El transductor piezoeléctrico tiene la ventaja sobre todos los otros tipos mencionados en este capítulo de no estar limitado al uso en el aire. Un transductor piezoeléctrico puede estar unido a un sólido o inmerso en un líquido no conductor para captar señales sonoras. Además, el transductor piezoeléctrico se puede usar fácilmente a frecuencias ultrasónicas, algunos tipos se pueden usar hasta la región alta de los MHz. Todos los transductores piezoeléctricos requieren un material cristalino en el cual los iones del cristal estén desplazados de un modo asimétrico cuando el cristal se deforma. La linealidad puede variar considerablemente según el tipo de material que se use. Los tipos originales de micrófonos de cristal usaban cristales de sal Rochelle acoplados a un diafragma. Esto aseguraba niveles de salida muy altos (del orden de 100 mV), con una gran impedancia de salida y una linealidad muy mala. La sal Rochelle dejo de usarse hace tiempo debido a que pasaba a un estado inactivo cuando se mantenía a una temperatura y humedad moderadamente altas. Hoy en día se usan cristales sintéticos en lugar de naturales. Uno de los materiales usados es el titanato de bario, el cual se usa en transductores piezoeléctricos para frecuencias por encima de varios cientos de Khz. El micrófono piezoeléctrico que usaba un diafragma unido a un cristal es raramente visto ahora, porque la sensibilidad de los materiales piezoeléctricos modernos a la vibración es tal que es suficiente el impacto de la onda de sonido en el cristal para producir la salida adecuada. El micrófono piezoeléctrico tiene un gran nivel de impedancia y una salida mucho más grande que otros tipos. El nivel de la impedancia es del orden de varios megaohmnios, en comparación con unos pocos ohmnios para uno del tipo de bobina móvil. A este alto nivel de impedancia, la recepción re cepción electrostática de zumbidos/murmullos es casi imposible de evitar, solamente con los problemas de los efectos de carga y filtrado del cable del micrófono. Para micrófonos de baja calidad esto tiene poca importancia, pero no para los propósitos de los estudios de grabación. Para estos, el cristal transductor se acopla directamente a un preamplificador MOS que puede sacar una baja impedancia de salida con el mismo nivel alto de voltaje de salida que proporciona el transductor piezoeléctrico. El voltaje de operación del preamplificador puede ser dado por una batería para evitar los problemas de llevar la alimentación a través de cables además de los cables de la señal.
MICRÓFONOS CAPACITIVOS El cuadro general de un micrófono capacitivo se ilustra en la figura 1. La cantidad de carga eléctrica entre dos superficies es fija, y una de las superficies es un diafragma que puede vibrar debido a una onda de sonido. La vibración produce una variación de la capacidad, la cual, debido a la carga fija, produce una onda de voltaje. La impedancia de salida es muy alta, y la cantidad de la salida depende del espacio 14
entre las placas - cuanto menor es este espacio, mayor es la salida para una amplitud dada de onda sonora.
Fig. 1. El principio del micrófono capacitivo. El diafragma conductor está a tierra y la otra placa se alimenta a través de una resistencia de varios megaohmnios para producir unas condiciones aproximadas de carga constante. Las dos desventajas principales para el micrófono capacitivo en el pasado fueron la necesidad de un alto voltaje de alimentación (llamado voltaje de polarización, el cual era necesario para mantener fija la carga) y la recepción de ruido debido a la alta impedancia, lo cual hacía difícil el usar el micrófono con un cable que no fuera de poca longitud (el cual se añadía a la capacidad parásita). El micrófono capacitivo puede ser muy lineal operativamente y puede dar una gran calidad de señales de audio. El renacimiento del micrófono capacitivo llegó por el interés en una vieja idea, el "electret". Un "electret" es el equivalente electrostático de un imán, una pieza de material aislado el cual está permanentemente cargado. El principio es conocido desde hace un siglo, si un material plástico caliente (en el sentido amplio de un material que puede ser ablandado fácilmente calentándolo) se somete a un campo eléctrico fuerte mientras se endurece, retendrá una carga mientras se mantenga sólido. Materiales como los acrílicos (por ejemplo el Perspex) son "electrets".
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Un bloque de "electret", sin embargo, es la base perfecta para un micrófono capacitivo, provee la carga fija que requiere sin la necesidad de una alimentación de polarización. Esto permite una estructura muy simple para el micrófono, la cual consiste únicamente en un bloque de "electret" metalizado atrás, un diafragma de metal (ó plástico metalizado), y un anillo separador (Fig. 2), con las conexiones tomadas de la superficie conductora del diafragma y el "electret". Este es ahora el tipo de micrófono que se coloca en las grabadoras, e incluso en las versiones más simples y baratas tiene una calidad de audio mejor que los de tipo piezoeléctrico a los cuales han desplazado.
EL TRANSDUCTOR MOVING-IRON Los primeros auriculares eran del tipo moving-iron, estos utilizan un diafragma el cual esta hecho de hierro (o una aleación magnética) y que se mueve por la atracción o repulsión del núcleo a la vez que la corriente fluye por una bobina fija (como se puede en la figura). Esta bobina se encarga del correcto movimiento del diafragma. Los auriculares de este tipo son muy sensibles, pero la calidad de sonido es muy pobre, debido al diafragma que provoca resonancias inevitables. Los pequeños auriculares moving-iron, están todavía en uso sobre todo donde no es muy importante la calida. Estos fueron remplazados por el tipo moving-coil que tienen mejor calidad de sonido.
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EL TRANSDUCTOR MOVING-COIL La mayoría de los altavoces utilizan el principio de los moving-coil. El principio moving-coil se caracteriza por tener una buena linealidad, una resonancia controlable ya que la vibración es muy pequeña y también se caracterizan por su ligereza ya que la unidad moving-coil puede utilizar un diafragma de cualquier tipo de material. Un problema de todos los altavoces es que la unidad que reproduce las frecuencias bajas necesita un cono de suspensión libre y debe ser capaz de reproducir grandes amplitudes de movimiento (del orden de 1 cm o más) y es muy difícil asegurar que la densidad de fluido magnético alrededor del moving-coil es uniforme sobre estas instancias. Una variable del principio moving-coil, es el principio electrodinámico, este utiliza un diafragma que dentro tiene una bobina usando técnicas de circuitos impresos. Esta bobina puede ser de diseño espiral o de una forma más compleja (para obtener una mejor linealidad), y la ventaja de este método es que la fuerza conductora esta distribuida más equitativamente sobre la superficie del diafragma. Esto evita la separación del cono y permite el uso de diafragmas más flexibles que no sería posible de otra manera. Los auriculares basados en este principio tienen una excelente calidad.
4.2 Dispositivos de control eléctrico
DISPOSITIVOS DE CONTROL Existen numerosas operaciones industriales en las cuales se requiere el suministro de potencia eléctrica en una forma variable y controlable. Iluminación, control de velocidad de motores, soldadura eléctrica, control de temperatura, presión, etc, son alguna muestra de dichas operaciones. Los modernos sistemas industriales recurren a los circuitos de control, los cuales son simplemente componentes que permiten gobernar la potencia suministrada a una carga dada.
Básicamente, los circuitos de control pueden ser clasificados en las siguientes categorías: - Switches manualmente operados - Switches mecánicamente operados
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- Solenoides - Switches electromagnéticos (relays) - Switches electrónicos (tiristores)
- Transistor Unijuntura (UJT) - Transistor Programable (PUT) - Diodo Shockley - Diodo AC (DIAC) - Interruptor controlado por compuerta (GTO) - Rectificador controlado de Silicio (SCR) - Tiristor AC (TRIAC)
Una vez terminado este estudio deben tenerse claros los siguientes aspectos: Características y funcionamiento de cada uno de los dispositivos anteriormente mencionados, en las diferentes regiones de trabajo. - Parámetros eléctricos involucrados. - Operación de diversos tipos de circuitos de disparo. - Métodos de obtención de control de fase. - Formas de control de potencia en cargas resistivas e inductivas. Transistor Unijuntura UJT Las características que presenta el UJT lo hace de gran utilidad en muchos circuitos de aplicación industrial, incluyendo timers, osciladores, generadores de onda, y lo más importante, en circuitos de disparo para SCRs y TRIACs. El UJT es un dispositivo de una sola unión, con dos regiones contaminadas y tres terminales externos. Tiene un sólo emisor y dos bases. La representación física y circuital del UJT es mostrada en la figura 1. UJT: representación física y circuital 18
El emisor está fuertemente dopado, mientras que la región de bases posee una ligera contaminación, lo cual hace que bajo determinadas condiciones, presente una región de resistencia negativa, ofreciendo dos estados de funcionamiento bien definidos, correspondientes a bloqueo y a conducción. Los motores eléctricos constituyen una de las principales fuentes de energía mecánica para distintas aplicaciones industriales, comerciales y de la vida diaria. En muchos casos el motor esta incluido como parte integral de algunas máquinas. Por lo anterior se debe considerar en el diseño, construcción, y mantenimiento del equipo, lo necesario para controlar a dicho motor. El concepto “control de motor” se refiere básicamente a las funciones disponibles de un
controlador de motor, en la forma en como es aplicado, por ejemplo, control de velocidad, inversión de sentido de rotación, aceleración, desaceleración, arranque y paro. Existen textos y publicaciones de fabricantes, en que se describen distintos tipos de controladores; sin embargo esta información se encuentra dispersa con frecuencia, y es por eso que se pensó en la elaboración de un trabajo que sirva como una fuente de información practica para estudiantes, instructores, electricistas, aprendices de electricistas, técnicos, contratistas e ingenieros y personal relacionado con el tema. Con el uso creciente de maquinaria automatizada en los procesos industriales, la aplicación y el conocimiento de los sistemas de control de motores viene a ser de primordial importancia.
INTRODUCCIÓN A LOS DIAGRAMAS Y SÍMBOLOS El control de la energía eléctrica, es básica cuando se usa maquinaria industrial. La electricidad industrial esta relacionada en primer lugar con el control del equipo eléctrico industrial y sus procesos relacionados. Cuando se trabaja con equipo eléctrico industrial, es necesario y fundamental, tener la habilidad para leer diagramas esquemáticos; aunque hay distintos tipos de diagramas, relacionados con el equipo eléctrico. Existen otros diagramas relacionados con este equipo, como son: el diagrama de bloques, de interconexiones, de alambrado, de disposición, isométricos y los diagramas de construcción. DIAGRAMAS DE LÍNEA (DE ESCALERA) La forma básica de comunicación en el lenguaje de control es mediante el uso de los llamados diagramas de línea o de escalera. Estos, consisten en una serie de símbolos interconectados por medio de líneas para indicar el flujo de corrientes a través de los distintos dispositivos. El diagrama de línea indica en un tiempo relativamente corto, una serie de información que se relaciona y que podría tomar muchas palabras para su explicación. El diagrama de línea muestra básicamente dos puntos: 1. La fuente alimentación (que se muestra a veces con línea mas gruesa)
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2.- Como fluye la corriente a través de las distintas partes del circuito como son: estaciones de botones, contactos, bobinas, etc; que se muestran en los diagramas por lo general con líneas mas delgadas. El diagrama de línea esta orientado a mostrar la parte de los circuitos que es necesaria para la operación del controlador. Debe además proporcionar simplicidad haciendo énfasis únicamente en la operación del circuito control.
CIRCUITO DE CONTROL MANUAL Un diagrama básico de control expresado en la forma de diagrama de línea, es aquel que muestra una estación de botones controlando una lámpara. El circuito se considera manual, debido a que una persona debe iniciar la acción para que el circuito opere.
4.3 Funcionamiento básico del PLC El término PLC proviene de las siglas en inglés para Programable Logic Controler , que traducido al español se entiende como “Controlador Lógico Programable”. Se trata de
un equipo electrónico, que, tal 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. Para que un PLC logre cumplir con su función de controlar, es necesario programarlo con cierta información acerca de los procesos que se quiere secuenciar. Esta información es recibida por captadores, que gracias al programa lógico interno, logran implementarla a través de los accionadores de la instalación. Un PLC es un equipo comúnmente utilizado en maquinarias industriales de fabricación de plástico, en máquinas de embalajes, entre otras; en fin, son posibles de encontrar en todas aquellas maquinarias que necesitan controlar procesos secuenciales, así como también, en aquellas que realizan maniobras de instalación, señalización y control. Dentro de las funciones que un PLC puede cumplir se encuentran operaciones como las de detección y de mando, en las que se elaboran y envían datos de acción a los preaccionadores y accionadores. Además cumplen la importante función de programación, pudiendo introducir, crear y modificar las aplicaciones del programa. Dentro de las ventajas que estos equipos poseen se encuentra que, gracias a ellos, es posible ahorrar tiempo en la elaboración de proyectos, pudiendo realizar modificaciones sin costos adicionales. Por otra parte, son de tamaño reducido y mantenimiento de bajo costo, además permiten ahorrar dinero en mano de obra y la posibilidad de controlar más de una máquina con el mismo equipo. Sin embargo, y como sucede en todos los casos, los controladores lógicos programables, o PLCs, presentan ciertas desventajas
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como es la necesidad de contar con técnicos calificados y adiestrados específicamente para ocuparse de su buen funcionamiento. 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 lógico interno, actuando sobre los accionadores de la instalación.
programa
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
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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 propo rciona 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 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. 22
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 pre accionadores. 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.
Nuevas Funciones
Redes de comunicación: Permiten establecer comunicación con otras partes de control. Las redes industriales permiten la comunicación y el intercambio de datos entre autómatas a tiempo real. En unos cuantos milisegundos pueden enviarse telegramas e intercambiar tablas de memoria compartida. 23
Sistemas de supervision: También los autómatas permiten comunicarse con ordenadores provistos de programas de supervisión industrial. Esta comunicación se realiza por una red industrial o por medio de una simple conexión por el puerto serie del ordenador. Control de procesos continuos: Además de dedicarse al control de sistemas de eventos discretos los autómatas llevan incorporadas funciones que permiten el control de procesos continuos. Disponen de módulos de entrada y salida analógicas y la posibilidad de ejecutar reguladores PID que están programados en el autómata. Entradas- Salidas distribuidas: Los módulos de entrada salida no tienen porqué estar en el armario del autómata. Pueden estar distribuidos por la instalación, se comunican con la unidad central del autómata mediante un cable de red. Buses de campo: Mediante un solo cable de comunicación se pueden conectar al bus captadores y accionadores, reemplazando al cableado tradicional. El autómata consulta cíclicamente el estado de los captadores y actualiza el estado de los accionadores.
BIBLIOGRAFÍA http://by164w.bay164.mail.live.com/default.aspx?rru=home&livecom=1&wa=wsignin1.0 http://es.wikipedia.org/wiki/Ingenier%C3%ADa_electr%C3%B3nica#Historia http://www.profesormolina.com.ar/tecnologia/sens_transduct/trans_sonido.htm
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