Objetivos del Curso• Reconocer los principales dispositivos

electrónicos a nivel de componentes discretos, subsistemas y sistemas.

• Proporcionar el conocimiento de diversos sensores y actuadores para ser utilizados como herramientas en el control de procesos.

• Al concluir el curso el alumno será capaz de describir y establecer los parámetros iniciales que se requieren para el correcto funcionamiento de un sistema.

Contenidos del Curso

1. Introducción• Diagrama de Bloques de un

Sistema

• Manipulación de Señales

• Adquisición de Datos

• Simuladores y Software de Aplicación

2. Sensores y TransductoresSensores

• Tipos de sensores

• Problemas de Implementación

• Interpretación de las señales

2. Sensores y TransductoresSensores

Posición

Potenciómetros

Resolver

Sincro-Resolver

Inductosyn

LVDT

Encoders absolutos

Encoders incrementales

Regla óptica

2. Sensores y TransductoresSensores

VelocidadTacogeneratriz

AceleraciónAcelerómetros

EsfuerzoGalgas extensometricas

2. Sensores y TransductoresSensores

Presencia

Inductivo

Capacitivo

Efecto hall

Célula Reed

Óptico

Ultrasonido

Contacto

2. Sensores y TransductoresSensores

DistanciaUltrasonido

Láser

Reconocimiento de Formas

Sistemas de imagen

Sistemas táctiles

2. Sensores y TransductoresActuadores

• Motores de corriente directa (DC)

• Motores de corriente alterna (AC)

• Otros motores- Motor Universal- De Pasos- Servomotor

3. Amplificadores OperacionalesOPAMP

• Se considerará al amplificador como una caja con sus terminales de entrada y salida. Trataremos, entonces, el amplificador en ese sentido ideal, e ignoraremos qué hay dentro de la caja.

4. FiltrosFiltros

• Respuesta en frecuencia

• Activos y Pasivos

• Analógicos y Digitales

• Función de Transferencia

• Orden del Filtro

4. Amplificadores y FiltrosCircuitos de Interfase

_

+

OPAMP OptoacopladorFiltro Pasa

AltosFiltro Pasa

BajosPiel del Paciente

Vo

5. Conversores A/D y D/AConversores A/D y D/A

• Convertidor Análogo – Digital: Es un dispositivo electrónico, frecuentemente un circuito integrado, que convierte una tensión análoga en un valor digital.

• Convertidor Digital –Análogo: Es un dispositivo electrónico, frecuentemente un circuito integrado, que convierte un valor digital a una tensión o corriente análoga.

• Los conversores son el núcleo de la tecnología en instrumentación virtual. Luego que los valores analógicos hayan sido digitalizados con precisión, cualquier valor puede ser derivado usando algoritmos de software.

6. Circuitos y Sistemas DigitalesSistemas de Numeración

• Números binarios• Números hexadecimales• Código decimal binario (BCD)• Códigos digitales

6. Circuitos y Sistemas DigitalesCircuitos Combinacionales

• Algebra de Boole• Lógica Binaria• Circuitos Integrados

6. Circuitos y Sistemas DigitalesArquitectura de

Procesadores

• Microcontroladores

• Procesadores

• DSP (Digital Signal Processor)

6. Dispositivos Electrónicos de PotenciaSemiconductores de

Potencia

• Diodos de Potencia.• Tiristores.• Transistores Bipolares de Juntura de potencia

(BJT).• MOSFET de potencia.• Transistores bipolares de compuerta aislada

(IGBT)

7. Dispositivos Electrónicos de PotenciaConvertidores de Energía

Eléctrica

• Conversión alterna-continua.• Conversión alterna-alterna.• Conversión continua-alterna.• Conversión continua-continua.

7. Dispositivos Electrónicos de PotenciaConvertidores de Energía

Eléctrica

8. Automatización y Control por ComputadoraHardware y Software de Adquisición

de Datos

8. Automatización y Control por ComputadoraRedes Industriales

8. Automatización y Control por ComputadoraSCADA (Supervisory Control and Data

Adquisition)

Sistemas de Adquisición de

DatosProfesor: MSc. Francisco Cuéllar

Sistemas de Adquisición de DatosHerramientas para

Automatización

• Sensores y Actuadores

• Sistemas de Adquisición de Datos (DAQ)

• Controladores Lógicos Programables

• Computadoras

• Redes de Comunicaciones

Sistemas de Adquisición de DatosVentajas de los Sistemas

Digitalizados

• Rapidez en el procesamiento de la información.

• Capacidad de almacenamiento de la información (reportes históricos).

• Permite el uso de software que maneje y administre directamente la información.

• Permite eliminar el ruido haciendo filtrados digitales (a nivel de software, no se requiere hardware).

• Se puede realizar diferentes tipos de análisis con la información digitalizada.

Sistemas de Adquisición de DatosTípico Sistema DAQ

Sistemas de Adquisición de DatosDiagrama de Bloques de un

DAQFiltro AMPTransductor

Muestreo y Retención

A/D D/A

Mul

tiple

xor

Mic

roco

ntro

lado

r

Fenómeno Físico

Señal Actuadora

Señal Digitalizada

Señal Procesada

Sistemas de Adquisición de DatosEstructura de un DAQ

1. Transductor / sensor

2. Amplificador

3. Filtro

4. Multiplexor Analógico (MUX)

5. Dispositivo de Muestreo y Retención (Sample & Hold)

6. Conversor Analógico-Digital

7. Microcontrolador

8. Conversor Digital-Analógico

Sistemas de Adquisición de DatosMagnitud

• Una magnitud es una propiedad física susceptible de ser medida. En el mundo físico existen seis tipos de magnitudes :

– Mecánicas ( Ej.: velocidad, fuerza, presión)– Térmicas (Ej.: temperatura, cantidad de

calor)– Magnéticas (Ej.: intensidad de campo

magnético, flujo)– Eléctricas (Ej.: tensión, corriente)– Ópticas (Ej.: color, intensidad luminosa)– Moleculares o químicas (Ej.: concentración de

una sustancia, acidez)

Sistemas de Adquisición de Datos1. Transductores

Siempre se produce una transformación de energía: térmica-mecánica, magnética-mecánica, óptica-eléctrica, mecánica-eléctrica, etc.

Transductor de Fuerza

Fuerza+

Voltaje-

Sistemas de Adquisición de Datos1. Sensores

• Un sensor es un dispositivo que, a partir de la energía del medio en el que se mide, proporciona una señal de salida transducible que es función de la magnitud que se pretende medir.

• Como se puede ver, la definición de sensor engloba a la de transductor de entrada. Podríamos llamar sensor a cualquier transductor de entrada, pero para que un sensor pueda ser denominado transductor es preciso que las magnitudes de entrada y salida sean de tipos diferentes.

Sistemas de Adquisición de Datos1. Transductor/Sensor

Sensor

Magnitud Física

Señal Eléctrica

Medida de corriente por una línea utilizando una resistencia de valor bajo

Transductor

Magnitud Física

Señal Eléctrica

Medida de temperatura utilizando una RTD (Detector de Temperatura Resistivo)

Sistemas de Adquisición de Datos2. Amplificador

• El amplificador operacional es un dispositivo que muestra a la salida una replica de la entrada con amplitud modificada.

OPAMPVi

VoVo = A*Vi

Sistemas de Adquisición de Datos3. Filtro

• El filtro es un dispositivo que elimina aquellas componentes producidas por una interferencia (ruido) o simplemente limita el ancho de banda de una señal a valores adecuados a las etapas posteriores. Según los componentes utilizados tendremos filtros pasivos y filtros activos.

Sistemas de Adquisición de Datos4. Multiplexor Analógico

(MUX)

• La técnica de multiplexado se utiliza cuando las señales de varios transductores han de ser procesadas de tal manera que un convertidor A/D pueda ser compartido en el tiempo.

Mul

tiple

xor

EntradasSalida

Señal de Control

Sistemas de Adquisición de Datos5. Dispositivo de Muestreo y

Retención

• También llamado Sample & Hold. El muestreo consiste en tomar muestras periódicas de la amplitud de onda. El número de muestras por segundo , es lo que se conoce como frecuencia de muestreo.

• Generalmente se lleva a cabo cargando un condensador con el valor de la señal durante el intervalo de muestreo. Los circuitos de muestreo y retención usan seguidores de voltaje para fines de aislamiento.

-

+

-

+Vi

Vo

C

Muestreo

Interruptor

Control

Retención

Sistemas de Adquisición de Datos6. Conversor A/D

• El conversor analógico/digital es el dispositivo que transforma una señal eléctrica analógica en señales digitales. Puede considerarse como la última etapa del proceso analógico o como la etapa inicial indispensable para el procesamiento digital.

Señal DigitalSeñal Analógica

0111001...11111000...1.0001110...0

A/D N bits

Sistemas de Adquisición de Datos7. Microcontrolador

• El microcontrolador es el dispositivo que se encarga de controlar un proceso mediante secuencias lógicas preestablecidas (programa). Es el centro de procesamiento y control de un sistema de adquisición de datos.

ProcesoADQUISICION CONTROL

μControlador

Adquisición Control

Sistemas de Adquisición de Datos8. Conversor D/A

• Es un dispositivo electrónico, frecuentemente un circuito integrado, que convierte un valor digital a una tensión o corriente análoga.

D/ASeñal Analógica

Control

Datos

Mic

roco

ntro

lado

r

Aplicaciones de un DAQ

Aplicaciones de un DAQAreas de Aplicación

• Procesos Industriales– Procesos metalúrgicos– Procesos petroquímicos

• Plantas de Producción– Ensamblado de tarjetas– Fabricación de piezas

• Sector Energético – Sistemas de potencia

• Control de Calidad– Control de calidad de productos

Aplicaciones de un DAQEmpaque y almacenamiento

Aplicaciones de un DAQEnsamblaje y manejo de

materiales

Aplicaciones de un DAQControl de calidad por medio de visión artificial

Software de Simulación

Software de SimulaciónInstrumentación Virtual con

LabView

Software de SimulaciónPanel Frontal

• Controles = entradas• Indicadores = salidas

Software de SimulaciónDiagrama de Bloques

• Programa de acompañamiento para el panel frontal.

• Componentes “cableados” entre si.