Cuaderno Técnico nº 209

Cuaderno Técnico nº 209

Adquisición de datos:la detección

Trabajo realizado bajo la dirección de:Ph. Hampikian

Cuaderno Técnico Schneider n° 209 / p. 2

La Biblioteca Técnica constituye una colección de títulos que recogen las novedades electrotécnicas yelectrónicas. Están destinados a Ingenieros y Técnicos que precisen una información específica o másamplia, que complemente la de los catálogos, guías de producto o noticias técnicas.

Estos documentos ayudan a conocer mejor los fenómenos que se presentan en las instalaciones, lossistemas y equipos eléctricos. Cada uno trata en profundidad un tema concreto del campo de las redeseléctricas, protecciones, control y mando y de los automatismos industriales.

Puede accederse a estas publicaciones en Internet:http://www.schneider-electric.es

La colección de Cuadernos Técnicos forma parte de la «Biblioteca Técnica» de Schneider ElectricEspaña S.A.

Advertencia

Los autores declinan toda responsabilidad derivada de la incorrecta utilización de las informaciones y esquemasreproducidos en la presente obra y no serán responsables de eventuales errores u omisiones, ni de lasconsecuencias de la aplicación de las informaciones o esquemas contenidos en la presente edición.

La reproducción total o parcial de este Cuaderno Técnico está autorizada haciendo la mención obligatoria:«Reproducción del Cuaderno Técnico nº 209 de Schneider Electric».


Este Cuaderno Técnico es obra de un equipo que reúne varios especialistas delas diversas tecnologías presentadas:

Jean-Marie CannoniLa detección electromecánica

Vicent DaniauLa visión – La RFID (Radio Frequency Identification)

Patrice DelageLa detección ultrasónica, los codificadores

Cristophe DelaitreEl control de presión

Pascal LaunayLas detecciones inductiva, capacitiva, fotoeléctrica

Y además:

Alain GuillotOfrece una visión de futuro de los detectores de presencia

Este equipo ha sido dirigido por:Philippe HampikianResponsable de la Actividad Detección de Presencia

En un proceso automatizado, todos los datos necesarios para su funcionamientodeben ser detectados, para ser tratados por el sistema de control.La función «detección» es, pues, esencial en todos los procesos industriales y,para hacer una buena elección, es imprescindible el conocimiento de lasdiferentes técnicas de los detectores: deben poder funcionar en los entornos aveces difíciles proporcionando una información compatible con los dispositivos deadquisición y tratamiento.Este documento está destinado a quien quiera ampliar sus conocimientos en elcampo de la Detección en los Automatismos Industriales.Después de una presentación de las grandes líneas técnicas de este tema, seanaliza detalladamente cada tecnología, lo que permite tener una primera guía deelección. Este panorama se completa con una aproximación a otras tecnologíasrelacionadas: la Visión, la RFID –Radio Frequency IDentification...¡Aunque la detección puede parecer complicada, va a descubrir que essimplemente «diferente»!Buena lectura.

nº 209Adquisición de datos: la detección

Traducido por J.M. GiróOriginal francés: septiembre 2005Versión española: septiembre 2007


Adquisición de datos: la detección

1 Introducción 1.1 La detección: una función esencial p. 51.2 Las diversas funciones de la detección p. 51.3 Las diversas tecnologías de detectores p. 61.4 De las funciones anexas a los detectores p. 6

2 Los interruptores de posición 2.1 Movimientos de detección p. 7electromecánicos 2.2 Modo de funcionamiento de los contactos p. 7

3 Los detectores de proximidad 3.1 Principio p. 9inductivos 3.2 Descripción de un detector inductivo p. 9

3.3 Magnitudes que influyen en la detección inductiva p. 103.4 Funciones particulares p. 11

4 Los detectores de proximidad 4.1 Principio p. 12capacitativos 4.2 Los diversos tipos de detectores capacitivos p. 13

4.3 Magnitud que influyen en la detección capacitiva p. 135 Los detectores fotoeléctricos 5.1 Principio p. 14

5.2 Diferentes sistemas de detección p. 145.3 Magnitudes que influyen en la detección por sistemas fotoeléctricos p. 19

6 Los detectores por ultrasonidos 6.1 Principio p. 206.2 Aplicación p. 206.3 Particularidades de los detectores de ultrasonidos p. 216.4 Las ventajas de la detección a ultrasonidos p. 22

7 La detección RFID –Radio 7.1 Generalidades p. 23 Frequency IDdentification– 7.2 Principios de funcionamiento p. 23

7.3 Descripción de los elementos p. 247.4 Ventajas de la identificación RFID p. 26

8 La visión 8.1 Principio p. 278.2 Los puntos clave de la visión p. 27

9 Los codificadores ópticos 9.1 Presentación de un codificador óptico p. 329.2. Familias de codificadores ópticos p. 339.3 Asociación codificador - unidad de procesamiento p. 36

10 Los presostatos y vacuostatos 10.1 ¿Qué es la presión? p. 3710.2 Los detectores para el control de presión p. 37

11 Otras características de los detectores de presencia p. 4012 Conclusión p. 41

Índice


1 Introducción

1.1 La detección: una función esencial

La función «detección» es esencial porque es elprimer eslabón en la cadena de información(figura 1) de un proceso industrial.En efecto, en un sistema automático, losdetectores aseguran la adquisición de los datos:

de todos los sucesos necesarios para elcontrol, para ser tenidos en cuenta por lossistemas de mando, según un programaestablecido;

del desarrollo de las diferentes fases delproceso durante la ejecución de este programa.

1.2 Las diversas funciones de la detección

Las necesidades de detección son muy variadas.Las más elementales son:

el control de la presencia, la ausencia o elposicionamiento de un objeto,

la verificación del paso, movimiento o llenadode objetos,

de conteo.En general, estas necesidades quedan cubiertaspor los dispositivos «todo o nada» (ToN), en elcaso de las aplicaciones típicas de detección depiezas en las cadenas de fabricación o en lasactividades de manutención, así como en ladetección de personas y vehículos.Hay otras necesidades más específicas, talescomo la detección:

de presencia (o de nivel) de gas o de líquido, de forma, de posición (angular, lineal),

de etiquetado, con lectura y escritura deinformaciones codificadas.A estas necesidades se añaden numerosasexigencias, especialmente en cuanto al entorno:los detectores, según su situación, deben poderresistir a:

la humedad, incluso la inmersión (ej.:estanqueidad, sellado),

la corrosión (industrias químicas o inclusoinstalaciones agrícolas),

las grandes variaciones de temperatura(ej.: regiones tropicales),

la suciedad de cualquier tipo (en el exterior odentro de las máquinas),

e, incluso, el vandalismo...Para responder a todas estas necesidades losfabricantes han creado todo tipo de detectorescon diferentes tecnologías.

Fig. 1: Cadena de información de un proceso industrial.

(Ej.: autómata)

Tratar Mando

Diálogo hombre-máquina

Detectar


1.3 Las diversas tecnologías de detectores

Los fabricantes de detectores se basan endiversos principios físicos de medida; entre losprincipales se pueden citar:

mecánico (presión, fuerza) para losinterruptores electromecánicos de posición,

electromagnetismo (campo, fuerza) para loscaptadores magnéticos, detectores de proximidadinductivos,

luz (potencia o desviación luminosa) para lascélulas fotoeléctricas,

capacidad para los detectores de proximidadcapacitativos,

acústico (tiempo de recorrido de una onda)para los detectores de ultrasonidos,

fluido (presión) para los presostatos, óptico (análisis de imagen) para la visión.

Para cada tipo de captador, estos principiostienen ventajas y limitaciones; algunos sonrobustos porque necesitan el contacto con lapieza a detectar, otros pueden ser colocados enlos ambientes agresivos pero no son utilizablescon piezas metálicas.En los capítulos siguientes, la presentación, delas diferentes tecnologías tiene por objeto lacomprensión de las exigencias de instalación y deexplotación de los captadores disponibles en elmercado de los automatismos y de los equiposindustriales.

1.4 De las funciones anexas a los detectores

Se han desarrollado diversas tecnologías parafacilitar la utilización de los detectores, entreellas, puede citarse el autoaprendizaje.Esta función de aprendizaje permite, simplementepulsando un botón, definir el dominio de

detección efectivo del dispositivo, por ejemplo, elaprendizaje de los alcances, mínimo y máximo(con borrado del primer plano y del del fondo)muy precisos (± 6 mm para los detectores deultrasonidos) y la capacidad de tener en cuenta elentorno para los detectores fotoeléctricos.


2 Los interruptores de posición electromecánicos

La detección se realiza por un contacto físico(dispositivo de ataque o cabeza de mando) conun objeto o un móvil.La información se transmite al sistema detratamiento por la actuación de un contactoeléctrico (todo o nada).

2.1 Movimientos de detección

Un dispositivo de ataque o cabeza de mandopuede tener varios movimientos (figura 2) parapermitir la detección en múltiples posiciones yadaptarse así fácilmente a los objetos a detectar:

rectilíneo, angular, multi-direccional.

2.2 Modo de funcionamiento de los contactos

La oferta de los fabricantes se caracteriza por latecnología utilizada para la maniobra de loscontactos.

Contacto con acción brusca, llamado también,de ruptura brusca.

La maniobra de los contactos se caracterizapor un fenómeno de histéresis, es decir, por serdiferentes los puntos de acción y dedesprendimiento (figura 3).La velocidad de desplazamiento de los contactosmóviles es independiente de la velocidad delórgano de mando. Esta particularidad permitetener prestaciones eléctricas satisfactorias

incluso con muy bajas velocidades dedesplazamiento del órgano de mando.Además, los interruptores de posición concontactos de acción brusca tienen los contactoscon maniobra positiva de apertura: esto se refierea los contactos de apertura y se define de lasiguiente forma:«Un aparato cumple esta prescripción cuandotodos los elementos de los contactos de aperturapueden ser llevados con certeza a su posición deapertura, puesto que no hay ninguna conexiónelástica entre los contactos móviles y el órganode mando al que se aplica el esfuerzo deaccionamiento».

Fig. 2: Representación de los diferentes movimientos de los interruptores de posición que se utilizan normalmente.

Estos dispositivos (elemento de mando ycontacto eléctrico) se llaman interruptores deposición. Se encuentran en todas lasinstalaciones automatizadas y en todo tipo deaplicaciones por sus numerosas ventajasinherentes a su tecnología.

Detección lineal

En reposo Actuado En reposo Actuado En reposo Actuado

Detección angular Detección multidireccional


Esto se refiere al contacto eléctrico del interruptorde posición (figura 3), pero también el órgano demando que debe transmitir al movimiento sindeformación.El empleo de estos detectores en el campo delas aplicaciones de seguridad obliga a utilizaraparatos con maniobra positiva de apertura.Contacto con acción dependiente tambiénllamado de ruptura lenta (figura 4).Este modo de funcionamiento se caracteriza por:

los puntos de acción y de desprendimiento sonlos mismos,

una velocidad de desplazamiento de loscontactos móviles igual o proporcional a lavelocidad del órgano de mando (que no debe serinferior a 0,1 m/s = 6 m/min). Por debajo de estosvalores, la apertura de los contactos se hacedemasiado lenta, lo que es desfavorable para elbuen funcionamiento eléctrico del contacto(riesgo de mantener durante un tiempo excesivoel arco eléctrico),

la distancia de apertura depende también de latrayectoria del órgano de mando.Estos contactos, por su construcción, sonnaturalmente de maniobra positiva de abertura: elbotón-pulsador actúa directamente sobre loscontactos móviles.

Fig. 3: Las diferentes posiciones de un contacto de ruptura brusca.

13

21

14

22

13

21

14

22

13

21

14

22

13

21

14

22

En reposo Carrera de aproximaciónBasculamiento

del contactoManiobra positiva

21 22

13 14

21 22

13 14

Posición de reposo Posición de trabajo

Fig. 4: Ejemplo de un contacto con acción dependiente(ruptura brusca).


3 Los detectores de proximidad inductivos

Por su principio físico, estos detectores sólofuncionan con elementos metálicos.

3.1 Principio

El elemento sensible está constituido por uncircuito inductivo (bobina de inductancia L). Estecircuito está asociado a un condensador decapacidad C para formar un circuito resonante auna frecuencia F0, generalmente comprendidaentre 100 kHz y 1 MHz.Un circuito electrónico permite mantener lasoscilaciones del sistema, según la fórmula:

01F

2 LC=

π

Estas oscilaciones crean un campo magnéticoalterno ante la bobina.Si se introduce una pantalla metálica en el campose crean unas corrientes de Foucault que inducenuna carga adicional que modifica así lascondiciones de oscilación (figura 5).La presencia de un objeto metálico delante deldetector disminuye el coeficiente de calidad delcircuito resonante.1er caso, sin pantalla metálica:

R1Q1L

=ω

Recuerde:

2R LQ R Q rL r

ω= = ⇒ =

ω

2º caso, con pantalla metálica:R2Q R2 R1 Q2 Q1L

= < ⇒ <ω

La detección se hace por la medida de lavariación del coeficiente de calidad (de 3% a 20%alrededor del umbral de detección).La aproximación de la pantalla metálica setraduce por una disminución del coeficiente decalidad y, por tanto, en una disminución de laamplitud de las oscilaciones. La distancia dedetección depende de la naturaleza del metal adetectar (de su resistividad ρ y de supermeabilidad relativa μr).

3.2 Descripción de un detector inductivo (figura 6)

Transductor: está constituido por una bobina dehilo de cobre multifilar (hilo de Litz) colocada en elinterior de un seminúcleo de ferrita que dirige laslíneas de campo hacia la parte delantera deldetector.

Oscilador: existen muchos tipos de osciladores,por ejemplo, oscilador a resistencia negativa fija-R, que es igual en valor absoluto a la resistenciaparalela Rp del circuito oscilante para su alcancenominal (ver apartado anterior).

Fig. 5: Principio de funcionamiento de un detectorinductivo.

C

L

R1

C

C C

L

R2 < R1

Pantalla metálica

Carasensible

Bobina


=> Si el objeto a detectar está más lejos delalcance nominal, |Rp| > |-R|, las oscilaciones semantienen.=> Por el contrario, si el objeto a detectar estádentro del alcance nominal, |Rp| < |-R|, lasoscilaciones no se mantienen y el oscilador sebloquea.Etapa de ajuste: está constituida por un detectorde cresta seguido por un comparador de dosumbrales (trigger) para evitar las conmutaciones

Fig. 6: Detector inductivo: esquema de principio [a]; histéresis del detector [b],

intempestivas cuando el objeto a detectar estápróximo al alcance nominal. Crea lo que sedenomina la histéresis del detector (figura 6b).Etapas de alimentación y de salida: permitenalimentar al detector en dos grandes márgenesde tensión de alimentación (desde 10 Vcc hasta264 Vca). La otra, la etapa de salida, controlaslas cargas desde 0,2 A en cc hasta 0,5 A en ca,con o sin protección contra los cortocircuitos.

Parte operativa Parte de mando

Transductormagnético

OsciladorAdap-tación

Etapa desalida

a -

E/DD

E

Sin histéresis =reaparición

Con histéresis =sin reaparición

Distancia dedetección

Señaldesalida

Trayectoriade la pieza Histéresis

b -

3.3 Magnitudes que influyen en la detección inductiva

Hay ciertas características que afectanparticularmente a los dispositivos de deteccióninductiva, especialmente:

Distancia de detecciónEs función del tamaño de la superficie dedetección.

Sn: alcance nominal (en acero dulce) varía de0,8 mm (detector Ø 4) a 60 mm (detector de 80 x80).

Histéresis: recorrido diferencial (de 2 a 10% deSn) que evita los rebotes en la conmutación.

Frecuencia de paso de los objetos ante eldetector, llamada como frecuencia deconmutación (máxima corriente 5 kHz).


3.4 Funciones particulares

Detectores protegidos contra los camposmagnéticos de las soldaduras.

Detectores de salida analógica. Detectores con factor de corrección de 1, con

los que la distancia de detección esindependiente del metal detectado, férrico o noférrico (figura 7).

Detectores selectivos de materiales férricos yno férricos.

Detectores para control de rotación: estosdetectores de baja velocidad son sensibles ala frecuencia de paso de objetos metálicos.

Detectores para atmósferas explosivas(normas NAMUR).

Aplicación: cuando el objeto a detectar no es deacero, la distancia de detección del detectorconsiderado es proporcional al factor de correccióndel material constituyente del objeto.Dmat x = Dacero . Kmat X

Los valores típicos del factor de corrección(Kmat x) son:

Acero = 1Inox = 0,7Latón = 0,4Aluminio = 0,3Cobre = 0,2

Ejemplo: DInox = DAcier x 0,7NB: Esta corrección ya no es necesaria con los«detectores de factor 1».

Fig. 7: Factor de corrección, aplicación y valorestípicos.


4 Los detectores de proximidad capacitativos

Esta tecnología permite la detección de todo tipode materiales conductores o aislantes, comovidrio, aceite, madera, plástico, etc.

4.1 Principio

La cara sensible del detector es la armadura deun condensador.Sobre esta cara se se aplica una tensiónsenoidal, creando así un campo eléctrico alternodelante del detector.Considerando que esta tensión senoidal sereferencia respecto a un «potencial dereferencia» (tierra o masa, por ejemplo), lasegunda armadura está constituida por unelectrodo unido a este potencial de referencia(armazón de máquina, por ejemplo).Estos dos electrodos, enfrentados, constituyen uncondensador cuya capacidad es:

siendo ε0 = 8,854 187 pF/m la permitividad delvacío, y εr permitividad relativa del material quehay entre los 2 electrodos.1er caso: sin objeto entre los dos electrodos(figura 8)

2º caso: presencia de un objeto aislante entre losdos electrodos (figura 9)

El electrodo de masa puede ser, en este caso, lacorrea metálica de una cinta transportadora, porejemplo,

Cuando εr medio se mantiene superior a 1 enpresencia de un objeto, C aumenta.La medida del aumento del valor de C permitedetectar la presencia de un objeto aislante.3er caso: presencia de un objeto conductor entrelos dos electrodos (figura 10)

Fig. 8: Descripción de un detector capacitativo sinobjeto a detectar.

v = V sen t

d

Electrodo de tierra

Electrodode aire A

=Cara sensibledel detector

Lineas de campoeléctrico

d e

Electrodo de tierra

Cara sensibledel detector

Arandela de nylon

d e

Electrodo de tierra

Cara sensibledel detector

Objetometálico

Fig. 9: Presencia de un objeto aislante en el seno de undetector capacitivo.

Fig. 10: Presencia de un objeto conductor en el seno deun detector capacitivo.

siendo .

Por tanto, la presencia de un objeto metálico setraduce también en un aumento del valor de C.

0 r. .ACd

=ε ε

≈ ⇒ ≈ε εr 0A1(aire) Cd

r( 4)⇒ ≈ε

0 r. .ACd

=ε ε

0 r. .ACd

=ε ε

≈ ⇒ ≈−

ε εr 0A1(aire) C

d e


4.2 Los diversos tipos de detectores capacitivos

Detectores capacitivos sin electrodo de masa

Utilizan directamente el principio antes descrito.Para poder detectar es necesario un camino amasa (potencial de referencia).Se utilizan para detectar materiales conductores(metal, agua) a distancias importantes.Aplicación tipo: detección de materialesconductores al través de un material aislante(figura 11).

Detectores capacitivos con electrodo de masa

No siempre es posible encontrar un camino amasa. Es cuando se quiere detectar delcontenedor (vasija) aislante vacío del ejemploanterior.La solución consiste en incorporar un electrodode masa sobre la cara de detección.Se crea un campo eléctrico independientementedel camino a masa (figura 12).Aplicación: detección de todo tipo de materiales.Posibilidad de detectar los materiales aislantes oconductores detrás de una pared aislante, porejemplo, cereales en una caja de cartón.

4.3 Magnitud que influyen en la detección capacitiva

La sensibilidad de los detectores capacitivos,según la ecuación de base citada anteriormente(4.1), depende simultáneamente de la distanciaobjeto-captador y del material del objeto.

Distancia de detecciónEstá unida a la constante dieléctrica opermitividad relativa εr propia del material delobjeto a detectar.Para poder detectar una gran variedad demateriales, los captadores capacitivos tienengeneralmente un potenciómetro que permiteajustar su sensibilidad.

MaterialLa tabla de la figura 13 da las constantesdieléctricas de algunos materiales.

2

1

(b)

(a)

Contaminantes

(a) : campo de compensación (eliminación de lacontaminación exteriorcampo eléctrico principal(b) :

Electrodo principalElectrodo de compensaciónElectrodo de masa

Fig. 11: Detección de la presencia de agua en unrecipiente de vidrio o plástico.

Fig. 12: Principio de funcionamiento de un detectorcapacitivo con un electrodo de masa.

Fig. 13: Constante dieléctrica de diversos materiales.

Material εr Material εr

Acetona 19,5 Petróleo 2,0-2,2Aire 1,000264 Barniz silicona 2,8-3,3Amoníaco 15-25 Polipropileno 2,0-2,2Etanol 24 Porcelana 5-7Harina 2,5-3 Leche en polvo 3,5-4Vidrio 3,7-10 Sal 6Glicerina 47 Azucar 3,0Mica 5,7-6,7 Agua 80Papel 1,6-2,6 Madera seca 2-6Nylon 4-5 Madera verde 10-30


5 Los detectores fotoeléctricos

Su principio de funcionamiento los hace aptospara detectar todo tipo de objetos, que seanopacos, reflectante o hasta casi transparentes.

5.1 Principio (figura 14)

Un diodo electroluminescente (LED) emite unosimpulsos luminosos, generalmente en el infrarrojopróximo (850 a 950 nm).Esta luz es recibida o no por un fotodiodo o unfototransistor en función de la presencia o de laausencia de un objeto a detectar.La corriente fotoeléctrica creada es amplificada ycomparada con un umbral de referencia para daruna información todo o nada.

5.2 Diferentes sistemas de detección

Barrera (figura 15)

Emisor y receptor están colocados en dos cajas oenvolventes separadas.El emisor: un LED, colocado en el foco de unalente convergente, crea un haz luminoso paralelo.El receptor: un fotodiodo (o fototransistor)colocado en el foco de una lente convergente,suministra una corriente proporcional a la energíarecibida. El sistema propoporciona unainformación todo o nada en función de lapresencia o de la ausencia del objeto en el haz.

Punto fuerte: la distancia de detección(alcance) puede ser larga (hasta a 50 m y más);depende de la dimensión de las lentes y, portanto, del detector.

Puntos débiles: la necesidad de 2 cajas y, portanto, de dos alimentaciones separadas, y elalineamiento para distancias de detecciónsuperiores a 10 m, lo que puede suponer unacierta dificultad.

Fig. 14: Principio de funcionamiento de un detectorfotoeléctrico.

Parte operativa Parte de mando

Receptorde luz

Emisorde luz

Adaptación Etapa desalida

Fig. 15: Detección del objeto.

Las figuras de lossistemas de detecciónfotoeléctricos réflexque se presentan eneste capítulo estándestinadas a lacomprensión de losdispositivosempleados. No sonuna representaciónóptica exacta puestoque, al ser la distanciaobjeto-detectornetamente superior ala distancia emisor-receptor, puedenconsiderarse paraleloslos rayos emitidos yrecibidos.

ReceptorRef.

Salida…

+

Emisor

LED FD

Objeto

A

e

r

Se utilizan también para la detección de personas(apertura de puertas, barreras de seguridad).


Sistemas réflex

Hay dos sistemas denominados «réflex»: elsimple y el de luz polarizada.

Sistema réflex simple (figura 16)El haz luminoso está generalmente en la gamadel infrarojo próximo (850 a 950 nm).

Puntos fuertes: el emisor y el receptor están enuna misma caja (un único cable de alimentación).La distancia de detección (alcance) es tambiénlarga, aunque inferior a la barrera (hasta a 20 m).

Punto débil: un objeto reflectante (cristal,carrocería de carruaje...) puede ser visto como unreflector y no ser detectado.

Fig. 16: Principio de la detección fotoeléctrica réflex.

Receptor

Ref.

Salida …

+

Emisor LED

FD

Objeto

Reflector(catadióptrico)

A

e

r

Sistema réflex de luz polarizada (figura 17)El haz luminoso utilizado está generalmente en lagama del rojo (660 nm).La radiación emitida está polarizadaverticalmente mediante un filtro de polarizaciónlineal.El reflector tiene la propiedad de cambiar elestado de polarización de la luz. Por tanto, unaparte de la radiación reenviada tiene unacomponente horizontal.En el receptor, un filtro de polarización linealdeja pasar esta componente y es esta luz laalcanza el elemento receptor.

Fig. 17: Principio de la detección fotoeléctrica réflex polarizado.

Luz concomponente horizontal

E

Receptor

Ref.

Salida …

+

Emisor LED

FD

ObjetoFiltros


AE

e

r


Un objeto reflectante (espejo, chapa o cristal)no puede cambiar el estado de la polarización delhaz, al revés que el reflector. La luz reenviada porel objeto no podrá, por tanto, atravesar elpolarizador del receptor (figura 18).

Punto fuerte: este tipo de detector resuelve elpunto débil del sistema réflex simple.

Puntos débiles: en contrapartida, este detectortiene un coste superior y sus distancias dedetección son mucho menores:- réflex IR ⇒ 15 m- réflex polarizado ⇒ 8 m

Fig. 18: Sistema réflex polarizado: principio de la no-detección de materiales reflectantes.

Fig. 19: Principio de la detección fotoeléctrica con reflexión directa simple.

Sin luzen recepción

Reflexión polarizadaverticalmente

Objeto reflectante

E

E

Receptor

Ref.

Salida …

+

Emisor LED

FD

Filtros


A

e

r

Reflexióndifusa

Objeto

Receptor

Ref.

Salida …

+

Emisor LED

FD

A

e

r

Sistema de reflexión directa (sobre el objeto)

Reflexión directa simple (figura 19). Se utilizala reflexión directa (difusa) del objeto a detectar.

Punto fuerte: no se necesita el reflector. Puntos débiles: la distancia de detección de

este sistema es corta (hasta 2 m). Además, varíacon el color del objeto a «ver» y del fondo delantedel que se encuentra (para un ajuste dado, ladistancia de detección es mayor para un objetoblanco que para un objeto gris o negro) y unasuperficie plana más clara que el objeto adetectar puede hacer inoperante el sistema.


Fig. 20: Principio de la detección fotoeléctrica de reflexión directa con supresión del plano posterior.

Reflexión directa con borrado del planoposterior (figura 20).Con este sistema la detección se hace portriangulación. La distancia de detección (hasta2 m) no depende del poder de reflexión del objetosino únicamente de su posición: un objeto clarose detecta a la misma distancia que uno oscuro.De este modo, se ignora o borra el plano defondo situado más allá de la zona de detección.

Emisor LED

FD1

Objeto 2 Objeto 1

Receptor:2 fotodiodos

Ref.

Salida …

+

FD2

ALímite de diferenciación

Señal (FD2) > Señal (FD1)= detección (objeto 2)

Señal (FD2) < Señal (FD1)= no-detección (objeto 1)

e

r

El principio de la propagación de las ondasluminosas en la fibra óptica es la reflexión interna.Hay reflexión total interna cuando un rayo luminosopasa de un medio a otro, si este último tiene uníndice de refracción menor. Además, la luz se reflejaen su totalidad y no se produce ninguna pérdida deluz cuando el ángulo de incidencia del rayo luminosoes mayor que el ángulo crítico. La reflexión totalinterna depende de dos factores: los índices derefracción de dos medios y el ángulo crítico.Estos factores se relacionan con la siguienteecuación:

2c

1

nn

=θ

Conociendo los índices de refracción de dosmateriales de la interface, puede calcularsefácilmente el ángulo crítico.

Fig. 21: Principio de la propagación de las ondas luminosas en la fibra óptica.

qc

Vaina Alma

Rayo luminoso con ángulo de incidenciamenor que el valor crítico especificado

Rayo luminoso con ángulo de incidenciamayor que el valor crítico especificado

n2

n2

n1

Fibras ópticas

Principio de funcionamientoEn la figura 21 se recuerda el principio defuncionamiento.Hay varios tipos de fibras ópticas: las multimodo ylas monomodo (figura 22).

Fibras multimodoEn estas fibras la parte central, que conduce laluz, tiene un diámetro grande respecto a lalongitud de onda utilizada (Φ ≈ 9 a 125 μm;Lo = 0,5 a 1 mm). En estas fibras se utilizan dostipos de propagación: con salto de índice y congradiente del índice.

Físicamente, el índice de refracción de unasustancia es la relación entre la velocidad de la luzen el vacío (c) es su velocidad en ese material (v).

cnv

=

El índice de aire se considera igual al del vacío 1, yaque la velocidad de la luz en el aire esaproximadamente igual a la del vacío.


MonomodoÉstas, por el contrario, tienen el diámetro delconductor de luz mucho menor que la longitud deonda utilizada (Φ ≤ 10 μm; Lo = generalmente1,5 mm). Su propagación es por salto de índice.Se utilizan, sobre todo, en telecomunicaciones.Este repaso permite comprender la necesidadde cuidar su instalación, por ejemplo en lo quese refiere a la tirada de las fibras (esfuerzo detracción reducido y radios de curvaturamoderados, según las especificaciones de losfabricantes).

Impulsode entrada

Impulsode salida

Impulsode salida

Impulsode salida

Impulsode entrada

Impulsode entrada

Fibra de índice escalonado

Fibra de índice gradual

Fibra monomodo

Fig. 22: Diversos tipos de fibra óptica.

Las fibras ópticas más empleadas en la industriason las multimodo que tienen la ventaja de surobustez electromagnética (CEM –CompatibilidadElectroMagnética) y su sencillez de instalación.

Tecnología de los detectoresLas fibras ópticas están colocadas frente al LEDdel emisor y frente al fotodiodo o fototransistor delreceptor (figura 23).

Fig. 23: Principio de un detector de fibra óptica.

ObjetoFibras ópticas

Receptor

Ref.

Salida …

+

Emisor LED

FD

A

e

r


5.3 Magnitudes que influyen en la detección por sistemas fotoeléctricos

Son varios los factores que influencian en losresultados de estos sistemas de detección.Ya se han citado anteriormente:

la distancia (detector-objeto)

el tipo de objeto a detectar (su superficie:difusa, reflectante o transparente, su color y susdimensiones).

el entorno (luz ambiente, presencia de planoposterior ...)


6 Los detectores por ultrasonidos

6.1 Principio

Los ultrasonidos se producen eléctricamente conla ayuda de un transductor electroacústico (efectopiezoeléctrico) que convierte la energía eléctricaque se le suministra en vibraciones mecánicasgracias a los fenómenos de piezoelectricidad o demagnetostricción (figura 24).El principio es medir el tiempo de propagación dela onda acústica entre el sensor y el objeto.

La velocidad de propagación es de 340 m/s en elaire a 20º C; por ejemplo, para 1 m, el tiempo amedir es del orden de 3 ms. Este tiempo se midecon el contador de un microprocesador.La ventaja de los sensores de ultrasonidos es elpoder funcionar a gran distancia (hasta 10 m),pero, sobre todo, el ser capaz de detectarcualquier objeto que refleje el sonido,independientemente de su forma o color.

6.2 Aplicación (figura 25)

Excitado por el generador de alta tensión, eltransductor (emisor-receptor) genera una ondaultrasónica pulsada (de 100 a 500 kHz, según eltipo) que se desplaza por el aire ambiente a lavelocidad del sonido.Cuando la onda encuentra un objeto, una ondareflejada (eco) vuelve hacia el transductor. Unmicroprocesador analiza la señal recibida y mideel intervalo de tiempo entre la señal emitiday el eco.Por comparación con los tiempos, predefinido oaprendido, determina y controla el estado de lassalidas. Conociendo la velocidad de propagacióndel sonido, se deduce la distancia mediante lafórmula:

T.VsD2

= ,

siendo:D: distancia de detector al objeto,T: tiempo transcurrido entre la emisión de la onday su recepción,Vs: velocidad del sonido (300 m/s).

La etapa de salida controla un conmutadorestático (transistor PNP o NPN) que correspondea un contacto, que cierra o abre, o proporcionauna señal analógica (de corriente o tensión)directa o inversamente proporcional a la distanciadel objeto medido.

Fig. 24: Principio de un transductor electroacústico.

EmisiónHaz acústico emitido

RecepciónOnda acústica emitida

Cuarzo

Electrodosuperior

Electrodoinferior

Cuarzo

AnalisisMedida

Etapa desalida

Transductorelectroacústico

Parte de mandoParte de tratamiento

Fig. 25: Principio de un detector de ultrasonidos.


6.3 Particularidades de los detectores de ultrasonidos

Definiciones (figura 26)

Zona ciega: zona comprendida entre la carasensible del detector y el alcance mínimo en elque no se puede detectar ningún objeto demanera fiable. Es imposible detectarcorrectamente los objetos en esta zona; además,hay que evitar el paso de cualquier objeto poresta zona ciega durante el funcionamiento deldetector, porque puede provocar un estadoinestable de las salidas.

Zona de detección: zona en la que el detectores sensible. Según los modelos de detectores,esta zona puede ser ajustable o fija por medio deun simple botón pulsador.

Factores de influencia: los detectores deultrasonidos son particularmente adaptables a ladetección de objeto duro y que tienen unasuperficie plana perpendicular al eje dedetección. Sin embargo el funcionamiento deldetector por ultrasonidos puede resultarperturbado por diferentes factores:

Las corrientes de aire bruscas y de granintensidad pueden acelerar o desviar la ondaacústica emitida por el elemento (impulsión depiezas por chorro de aire).

Los gradientes de temperatura importantes enel dominio de detecciónUn fuerte calor producido por algún objeto creazonas con temperaturas diferentes que modificanel tiempo de propagación de la onda e impide unadetección fiable.

Los aislantes acústicosMateriales tales como el algodón, la celulosa,el caucho, absorben el sonido: para estosmateriales se aconseja el modo de detección«réflex».

El ángulo entre la cara del objeto a detectar y eleje de referencia del detector.Cuando este ángulo no es de 90°, la onda no esreflejada en el eje del detector y el alcance detrabajo disminuye. Este efecto es aún másacentuado cuando la distancia entre el objeto y eldetector es mayor. Más allá de ± 10º, la detecciónresulta imposible.

La forma del objeto a detectarPor todo lo dicho, un objeto muy anguloso serámás difícil de detectar.Modo de funcionamiento (figura 27)Modo de reflexión directa: un único detectoremite la onda sonora y él mismo la captadespués reflejarse en el objeto.En este caso es el objeto quien asegura lareflexión.Modo réflex: un único elemento emite la ondasonora y la recibe después de reflejarse en unreflector; de hecho el detector está permanente-mente activado. El reflector en este caso es unelemento plano y rígido que puede ser una partede la máquina. La detección del objeto se hace,en este caso, por corte de la onda. Este sistemaes especialmente adecuado para la detección demateriales absorbentes u objetos angulosos.Modo barrera: el sistema barrera se compone dedos productos independientes que tienen quecolocarse uno frente al otro: el emisor deultrasonidos y un receptor.

Fig. 26: Límites de utilización de los detectores deultrasonidos.

Fig. 27: Utilización de los detectores de ultrasonidos: [a]en modo proximidad o reflexión, y [b] en modo réflex.

Límitepróximo

Zona activade detección

Zona de posible detección

Límitedistante

Zonaciega

a -

b -


6.4 Las ventajas de la detección a ultrasonidos

No requiere el contacto físico con el objeto, porlo que no se desgasta, y se tiene la posibilidad dedetectar objetos frágiles o recién pintados.

Posibilidad de detectar cualquier material,independientemente de su color y, para unamisma distancia, sin regulación o sin factor decorrección.

Aparatos estáticos: no hay piezas enmovimiento en el interior del detector, por lo quesu duración es independiente del número deciclos de maniobras.

Buena resistencia en entornos industriales:dispositivos resistentes a las vibraciones y a loschoques, resistentes a los ambientes húmedos opolvorientos.


7 La detección RFID –Radio Frequency IDentification–

En este capítulo se abordan los dispositivosdestinados al almacenamiento y la explotación dedatos memorizados en las etiquetas electrónicas,usando una señal de radiofrecuencia.

7.1 Generalidades

La identificación por radiofrecuencia (RFID) esuna tecnología de identificación automáticarelativamente reciente, adaptada a lasaplicaciones que necesitan un seguimiento deobjetos o de personas (trazabilidad, control deacceso, selección, almacenamiento).

El principio es asociar a cada objeto lacapacidad de almacenar datos sin contacto, enlectura y en escritura.

7.2 Principios de funcionamiento

Un sistema RFID está compuesto de lossiguientes elementos (figuras 28 y 29):

una etiqueta electrónica, una estación de lectura/escritura (o lector

RFID).El lectorModula la amplitud del campo radiado por suantena para transmitir las órdenes de lectura o deescritura a la lógica de procesamiento de laetiqueta. Simultáneamente el campoelectromagnético generado por su antenaalimenta el circuito electrónico de la etiqueta.La etiquetaTransmite las informaciones a su alrededor, haciala antena del lector, modulando con su propioconsumo. Esta modulación es detectada por elcircuito de recepción del lector que la convierteen señales digitales (figura 30).

Los datos se almacén en una memoriaaccesible por simple enlace de radiofrecuencia,sin contacto ni campo de visión, y a una distanciaque va desde algunos centímetros a variosmetros. Esta memoria toma la forma de unaetiqueta electrónica, llamada también«transponder» (transmisor + respondedor), encuyo interior se encuentra un circuito electrónico yuna antena.

Lector Objeto

Detección

Lógica

Memoria

Codificación/decodificación A

nten

a

Interfaz

Autómatao PC

Transmisión/recepción A

nten

a

Fig. 28: Configuración de un sistema RFID.

Fig. 29: Elementos de un sistema RFID (SistemaInductel de Telemecánica).

DATA DATADATA DATADATA DATADATA DATADATA DATA

Unidad delectura/escritura

Unidad delectura/escritura

Identificaciónelectrónica

Antena


Fig. 30: Funcionamiento de un sistema RFID.

Estación delectura/escritura

Transmisión

Transmisión

Modulación

Modulación

Recepción

Recepción

Demodulación

Demodulación

Campomagnético

Objeto electrónico

7.3 Descripción de los elementos

Las etiquetas electrónicas

Las etiquetas electrónicas se componen de treselementos principales, reunidos en una únicaenvolvente.

Una antena (figura 31)Debe estar adaptada a la frecuencia de laportadora y puede tener diferentes formas:

Bobina en hilo de cobre, con o sin núcleo deferrita (canalización de las líneas de campo) oincluso estar gravada en un circuito impreso,flexible o rígido, o, también, estar impreso (continta conductora) para frecuencias inferiores a20 MHz.

Dipolo grabado en un circuito impreso, oimpreso (con tinta conductora) para frecuenciasmuy altas (> 800 MHz).

Un circuito lógico de proceso de datos(figura 31)Su misión es hacer de interfaz entre las órdenescaptadas por la antena y la memoria.Su complejidad depende de las aplicaciones a lasque se destine, desde la simple adecuación hastala utilización de un microprocesador (ejemplo: lastarjetas de pago aseguradas con algoritmosencriptados).

Una memoriaSe utilizan varios tipos de memorias paraalmacenar las informaciones en las etiquetaselectrónicas (figura 32).

La capacidad de estas memorias va desdealgunos octetos o bytes hasta varias decenas dekilobytes.Nota: ciertas etiquetas llamadas «activas» llevanuna pila destinada a alimentar su electrónica.Esta configuración permite aumentar la distanciade diálogo entre la etiqueta y la antena, peroexige sustituir regularmente la pila.

Fig. 31: Fotografía de una etiqueta RFID.

Antena

Circuito integrado

Fig. 32: Diversos tipos memorias utilizadas paraalmacenar las informaciones en las etiquetaselectrónicas.

Tipo Ventajas InconvenientesROM Buena resistencia Sólo lectura

a altas temperaturas Bajo coste

EEPROM No necesita pila o Tiempo debatería para relativamente largomantener los datos en lectura o

o escritura Número de

escrituras limitadoa 105 ciclospor octeto

RAM Rapidez de acceso Necesidad dea los datos insertar una pila

Gran capacidad para guardar los Número ilimitado datos

de lecturas/escriturasFeRAM Rapidez de acceso Número de(ferro- a los datos lecturas/escrituraseléctrico) Sin necesidad de limitado a 1012

pila para guardar losdatos

Capacidad elevada


Una cajaSe han creado cajas adaptadas a cada tipo deaplicación para agrupar y proteger los treselementos activos de una etiqueta, por ejemplo:

lámina en forma de tarjeta de crédito, paracontrol de acceso de las personas (figura 33a),

soporte adhesivo, para identificación de loslibros en los estantes (figura 33b),

tubo de vidrio, para identificación de losanimales domésticos (inyección bajo la piel con laayuda de una jeringuilla) (figura 33c),

«botones» de plástico, para la identificación delas prendas y líneas (figuras 33d y 33e),

placa para seguir los correos (figura 33g).Existen muchas otras presentaciones: llaveros,«clavos» de plástico para identificación de palésde madera, o, incluso, cajas resistentes a loschoques y a los productos químicos (figura 33h)para las aplicaciones industriales (tratamiento desuperficies, hornos,...)

Las estaciones

Una estación (figura 34a) juega el papel deinterfaz entre el sistema de gestión (autómataprogramable, ordenador...) y la etiquetaelectrónica, a través de un puerto decomunicaciones adaptado (RS232, RS485,Ethernet…).Puede además integrar cierto número defunciones complementarias, adaptadas enfunción de las aplicaciones:

entradas/salidas del tipo todo o nada, tratamiento local para funcionamiento

en autónomo, control de varias antenas, detección con una antena integrada para

formar un sistema compacto (figura 34b).

Antenas

Las antenas se caracterizan por sus dimensiones(que determinan la forma de la zona en la quevan a poder intercambiar las informaciones conlas etiquetas) y la frecuencia del campo radiado.El uso de ferritas permite concentrar las líneas decampo electromagnético para aumentar ladistancia de lectura (figura 35) y disminuir lainfluencia de masas metálicas que pueden estarpróximas a la antena.

Fig. 33: Diversas formas de etiquetas y cajas RFIDadaptadas para su uso.

Fig. 34: Sinóptico y fotografía de un lector RFID(Estación Telemecánica Inductel).

a -

b -

Alimentación Estación

E/S TOR

Interfazde

comunicación

Antena

PC,PLC

red datos

Lógicaprogramada

Fig. 35: Influencia de una antena en ferrita sobre laslíneas de campo electromagnético.


Frecuencia Ventajas Inconvenientes Aplicación típica125-134 khz (BF) Inmunidad al Pequeña capacidad Identificación de

entorno memoria animales domésticos(metal, agua...) Tiempo de acceso largo

13.56 Mhz (HF) Protocolos de Sensibilidad a los Seguimiento de librosdiálogo antena/ entornos metálicos en las bibliotecasetiqueta normalizados Control de acceso(ISO 15693- Sistemas de pagoISO 14443 A/B)

850 - 950 Mhz Coste muy bajo Margen de frecuencias Gestión de los productos(UHF) de cada etiquetas no homogéneas entre en la distribución

Distancia de diálogo paisesimportante Alteración de zonas(varios metros) de diálogo por obstáculos

(metal, agua...)2.45 Gran velocidad «Cortes» en la zona Seguimiento de vehículos(micro-ondas) de transferencia entre de comunicaciones difíciles (peajes en las autopistas)

antena y etiqueta de controlar Distancia de diálogo Corte de sistemas

importante de lectura(varios metros)

Fig. 36: Descripción de las bandas de frecuencia utilizadas en RFID.

Las frecuencias utilizadas por las antenas estándistribuidas en varias bandas, cada una de lascuales tiene sus ventajas e inconvenientes(figura 36).Las potencias y las frecuencias utilizadas varíanen función de las aplicaciones y de los países. Sehan definido tres grandes zonas: América delNorte, Europa y el resto del mundo. A cada zonay a cada frecuencia le corresponde una bandaautorizada de espectro de emisión (norma CISPR300330) en la cual cada estación/antena RFID sedebe de inscribir.

Código y protocolo

Las normas internacionales definen protocolos deintercambio entre las estaciones y las etiquetas(ISO 15693 – ISO 14443 A/B). Hay tambiénestándares en curso de definición que están muyespecializados, como los destinados al campo dela gran distribución (EPC -Electronic ProductCode-) o para la identificación de los animales(ISO 11784).

7.4 Ventajas de la identificación RFIDComparada con los dispositivos de código debarras (etiquetas o marcado y lectores), laidentificación RFID presenta las siguientesventajas:

posible modificación de las informacionescontenidas en la etiqueta,

lectura/escritura a través de la mayor parte delos materiales no metálicos,

insensibilidad al polvo y a la suciedad, posible registro de varios miles de caracteres

en una etiqueta, confidencialidad de las informaciones (bloqueo

del acceso a los contenidos en la etiqueta.Todas estas ventajas ayudan a su desarrollo enla campo de las actividades de los servicios

(ej.: control de acceso a las pistas de eski) y en ladistribución.Además, la bajada constante de los precios delas etiquetas RFID debe llevar a estas etiquetas asustituir los tradicionales códigos de barras en losenvoltorios (cajas de cartón, containers,equipajes) en los diferentes campos de lalogística y los transportes, pero también en losproductos en proceso de fabricación en laindustria.Sin embargo, hay que tener en cuenta que la ideaatrayente de la identificación automática delcontenido de los carros en las cajas de loshipermercados, sin ninguna manipulación de lasmercancías, no se prevé todavía posible conestos sistemas, por razones físicas y técnicas.


8 La visión

8.1 Principio

Es el ojo de la máquina el que da la vista a unautomatismo.En una fotografía tomada por una cámara, lascaracterísticas físicas del objeto son numerosas.Así es posible conocer (figura 37):

sus dimensiones, su posición, su aspecto (estado de superficie, color, brillo,

existencia de defectos), su marcado (logos, caracteres…).

El usuario puede también automatizar funcionescomplejas:

de medida, de conducción, y de identificación.

8.2 Los puntos clave de la visión

La visión industrial se compone de un sistemaóptico (iluminación, cámara y óptica) asociado auna unidad de procesamiento y un control de losactuadores.

IluminaciónPara valorar los elementos a controlar, esesencial tener una iluminación específica y bienadaptada para crear un contraste suficiente yestable.

Cámara y ópticaDe la elección de la óptica y de la cámaradepende la calidad de la imagen capturada(contraste, nitidez) y esto con una distanciadefinida cámara/objeto y con un objeto aexaminar perfectamente definido (dimensiones,estado de superficie y detalle a captar).

Unidad de procesamientoLa imagen proveniente de la cámara se transmitea la unidad de procesamiento que contiene losalgoritmos de conversión y análisis de imagennecesarios para la realización de los controles.Sus resultados se transmiten después alautomatismo o controlan directamente unactuador.

Fig. 37: Control de una pieza mecánica. Las flechasindican las zonas verificadas por el sistema.

La iluminación

Las tecnologías de alumbrado Alumbrado con tubo fluorescente de alta

frecuenciaDe luz blanca, tiene una larga duración (5000horas) y el volumen alumbrado o «campo» esimportante. Ello depende evidentemente de lapotencia luminosa instalada.

Alumbrado halógenoTambién de luz blanca, su duración es menor(500 horas) y, si es de gran potencia, puedecubrir un área importante.

Alumbrado con LED (Diodo ElectroLuminescente)Este es el alumbrado preferido actualmente: esun alumbrado homogéneo y con una granduración (30000 horas). Existe en colores, pero elcampo abarcado se limita a unos 50 cmaproximadamente.

Estos sistemas de iluminación se puedenaplicar de modos diferentes. Se utilizanprincipalmente cinco sistemas (figura 38) parahacer resaltar la característica a controlar:

anular, retroiluminación, lineal directo, rasante, coaxial.


Fig. 38: Tabla de los diversos sistemas de iluminación para la visión industrial.

Sistemas Características Aplicaciones tipoAnular Conjunto de LED dispuestos Control de precisión

en anillo de tipo marcado Sistema de iluminación muy

potente: permite iluminar elel objeto en su eje, por encima

Retro-iluminación Iluminación situada detrás del Medida de las cotas de unobjeto y frente a la cámara objeto o análisis de elementos

Permite reconocer la silueta opacosdel objeto (sombra chinesca)

Línea directa Utilizado para reconocer Búsqueda de defectos específicos,una superficie pequeña del objeto control preciso de fileteado...y crea una sombra bien contrastada

Rasante Permite: Control de caracteres impresos, detectar los bordes del estado de una superficie, controlar un marcado detección de rayas o arañazos... detectar defectos en

superficies vítreas o metálicas

Coaxial Permite detectar Control, análisis y medidasuperficies lisas perpendiculares de superficies metálicas planasal eje óptico orientando u otras superficiesla luz hacia un espejo reflectantessemi-reflectante


Las cámaras y ópticas

Las tecnologías de cámaras Cámara CCD (Charged Coupled Device)

Hoy se prefieren estas cámaras por su buenadefinición.Para los procesos continuos, se utilizan lascámaras lineales (CCD lineales); en los demáscasos, se utilizan las cámaras con mediciónmatricial (CCD matricial):Las cámaras industriales utilizan muchosformatos de captador (figura 39) definidos enpulgadas: 1/3, 1/2 y 2/3 (1/3 y 1/2: videocámara,2/3 y más: alta resolución industrial, televisión…).Las ópticas son específicas para cada tipo decaptador, para poder utilizar la totalidad de lospíxels.

Cámara CMOSProgresivamente suplantada por CCDCoste atractivo ⇒ utilización aplicaciones básicas

Cámara Vidicon (tubo)Actualmente obsoleta.

El barrido («escaneado»)Las cámaras son o de imagen entrelazada o de«escaneado progresivo = full frame».Cuando las vibraciones y la toma de imagen alvuelo son frecuentes, es aconsejable utilizar uncaptador «de escaneado progresivo (llamadoProgresive Scan)» (o lectura al vuelo) o «FullFrame».Los captadores CCD permiten la exposición detodos los píxels en un mismo instante.

Barrido (o escaneado) entrelazadoEl sistema entrelazado procede del vídeo. Sedesarrolla analizando una imagen por escaneadoalternativo de una línea de cada dos (figura 40).Su objetivo es el de economizar la mitad de labanda pasante soportando algunos defectos pocovisibles en una pequeña pantalla, especialmenteel centelleo (o flicker).

Fig. 39: Tamaño de los captadores utilizados en la industria.

4,8 mm

6 mm

3,6

mm

For

mat

o en

pul

gada

s

4,8

mm

6,6

mm

9,52

5 m

m

6,4 mm 8,8 mm 12,70 mm

8 mm

10,991 mm

15,875 mm

1"

2/3"

1/2"

1/3"

Fig. 40: Barrido entrelazado: una primera trama,representada con líneas negras, analiza las líneasimpares; otra, en verde, analiza las líneas pares.

Fig. 41: Barrido progresivo: todas las líneas de unaimagen son escaneadas en cada instante.

Fig. 42: diferencia entre los dos tipos de barrido.

Barrido entrelazado Barrido progresivo


Fig. 43: Distancia focal.

Barrido o escaneado progresivoEs el tipo de análisis de imagen utilizado eninformática. Su principio es el escaneado detodas las líneas de la imagen a la vez (figura 41).Su ventaja es la supresión del centelleo y laobtención de una imagen estable (figura 42).

La óptica Las monturas a rosca «C» y «CS», que tienen

un Ø 25,4 mm, son las más utilizadas en el medioindustrial.La distancia focal (f en mm) se expresadirectamente a partir del tamaño del objeto aencuadrar (H en mm), de la distancia objeto ⇒objetivo (D en mm), y del tamaño de la imagen(h en mm):

hf D.H

= (figura 43).

Con un ángulo de campo = h2.arctg

2.f⎛ ⎞⎜ ⎟⎝ ⎠

Así, cuanto menor es la distancia focal, mayor esel campo cubierto.

Por tanto, la elección del tipo de objetivo esfunción de la distancia D y del tamaño del campoa visualizar H.

Unidad de procesamiento

Su circuitería electrónica tiene dos misiones:tratar digitalmente la imagen y después analizaresta imagen mejorada.

Distanciafocal

Objeto

Imagen

f

D

H

h

Algoritmos manipulación-conversiónLos pre-tratamientos cambian el valor de nivel degris de los pixels. El objetivo de estos pre-tratamientos es mejorar la imagen para poderanalizarla con más eficacia y fiabilidad. Entreestos pre-tratamientos posibles, los másempleados son:

la digitalización, la proyección, la erosión/dilatación, la apertura/cierre. Algoritmos de análisis de imagen

En la tabla de la figura 44 se presentandiferentes algoritmos de análisis de imagen.Hay que tener en cuenta que en la columna «pre-requisitos» están indicados los tratamientos deimágenes que preceden a este análisis.


Fig. 44: Los diferentes algoritmos de análisis de imagen utilizada en la visión industrial.

Algoritmo Principio de funcionamiento Prerrequisito Ventaja(s) Límitesde análisis y utilización preferentede imagen (en negrita)Línea Conteo de pixels, de objetos. Digitalización y Muy rápido Estabilidad de la imagen

Presencia/ausencia, conteo eventualmente (< ms) respecto a laajuste digitalizaciónde exposición

Análisis Conteo de pixels. Digitalización y Rápido (ms) Estabilidad de la imagenbinario de la Presencia/ausencia, análisis eventualmente respecto a lazona de superficie, control de intensidad ajuste digitalización(negro de exposicióno blanco)Análisis de Cálculo del nivel de gris medio. Ningunozona en Presencia/ausencia, análisisniveles de de superficie, control de intensidadgrisBúsqueda de Identificación de los bordes en Digitalización y Precisión máxima delímites por la imagen binaria. Medida, eventualmente pixelado. Estabilidad deanálisis presencia/ausencia, ajuste la imagen respecto abinario posicionamiento de exposición a la digitalizaciónBúsqueda de Identificación de los bordes en Ninguno y Permite detectar Necesita de unlímites (bordes) niveles de grises. Medida, eventualmente los bordes de un reposicionamientopor análisis presencia/ausencia, ajuste de objeto deteriorado precisode niveles posicionamiento posición o de una superficiede grises desigual. Posible

«alisado» de objetode superficieirregular con pre-tratamiento porcálculo de nivelesmedios de grisesde los pixels

Obtención de Conteo, detección del objeto, Digitalización y Obtención de Precisión máxima dela forma identificación de medidas y eventualmente multitud de datos, pixelado. Estabilidad de

parámetros geométricos. ajuste polivalente. la imagen respecto aPosicionamiento, de exposición Permite la digitalización.re-posicionamiento re-posicionamiento Lento (> 10... 100 ms)medida, clasificación, en 360 ºidentificación

Comparación Búsqueda de formas similares Ninguno De fácil instalación Reconocimiento limitadode formas a modelos pre-registrados. a 30º.

Posicionamiento, Lento (> 10...100 ms)re-posicionamiento, medida, si el modelo y/o la zonaclasificación, conteo, identificación búsqueda son extensos

OCR/OCV Reconocimiento óptico de caracteres Tener un buen Lectura de todo Estabilidad del marcado(OCR) o verificación óptica de nivel de tipo de caracteres a controlar en elcaracteres o logos (OCV) contraste de la o logos por lectura tiempo (piezas

imagen. una biblioteca embutidas)Maximizar el (alfabeto)tamaño de laimagen.Utilizar re-posicionamiento.


9 Los codificadores ópticos

9.1 Presentación de un codificador óptico

ConstituciónUn codificador óptico rotativo es un captadorangular de posición que tiene un emisor de luz(LED), un receptor fotosensible y un disco unidomecánicamente por su eje al órgano controladorde la máquina, disco que tiene una sucesión dezonas opacas y transparentes.La luz emitida por los LED llega a los fotodiodoscada vez que atraviesa las zonas transparentesdel disco. Los fotodiodos generan entonces unaseñal eléctrica que se amplifica y se convierte enuna señal cuadrada, antes de ser transmitidahacia un sistema de proceso. Cuando el discogira, la señal de salida del codificador estáconstituida de una secuencia de señalescuadradas. La figura 45 muestra este dispositivo.

Principios La rotación de un disco graduado, función del

desplazamiento del objeto a controlar, generaimpulsos, todos semejantes, en la salida de uncaptador óptico.La resolución, es decir, el número de impulsospor vuelta, corresponde al número de sectores enel disco o a un múltiplo de éste. Pero, cuantomayor sea el número de puntos, mayor será elnúmero de señales por vuelta, lo que permitiráuna división más fina del desplazamiento o de lavelocidad del móvil unido al codificador.Ejemplo de aplicación: el corte en longitudLa resolución se expresa por la fraccióndistancia recorrida en una vuelta

número de puntos

Así, cuando el producto que hay que cortar tieneuna rueda de medida con un perímetro de200 mm, para obtener una precisión de 1 mm elcodificador deberá tener una resolución de 200

puntos. Para una precisión de 0,5 mm, laresolución del codificador deberá ser de 400puntos.

Realización práctica (figura 46)La parte emisora se hace con una fuenteluminosa triple, con tres fotodiodos o LED (por laredundancia), con una duración de unos 10 a 12años.Un circuito integrado ASIC (Application SpecificIntegrated Circuit) asociado al captador óptico dela señal sinusoidal permite obtener, después dela amplificación, señales cuadradas.El disco se frabrica en:

POLYFASS (Mylarmica) irrompible para lasresoluciones alcanzadas:– 2048 puntos con un diámetro de 40 mm,– 5000 puntos con un diámetro de 58 mm,– 10000 puntos con un diámetro de 90 mm,

VIDRIO para las resoluciones superiores y lasfrecuencias elevadas de lectura hasta a 300 kHz.

Fig. 45: Ejemplo de un codificador óptico (marcaTelemecánica).

Fig. 46: Principio de un codificador incremental.

1

Vs

t

234

ASIC

Disco

LED

Diafragma Conformaciónde la señal

Repector(fototransmisor)

1 2 3 4

Señal


9.2. Familias de codificadores ópticos

La oferta de los fabricantes permite cubrir todo elconjunto de aplicaciones industriales. Esta ofertaabarca varias familias principales:

los codificadores incrementales, que permitenconocer la posición de un móvil y controlar sudesplazamiento por contaje/descontaje de losimpulsos que generan;

los codificadores absolutos de posición quedan la posición exacta en una o en varias vueltas.Estas dos familias pueden tener variantes como:

los codificadores absolutos multivuelta, los tacocodificadores que proporcionan

además información de la velocidad, los tacómetros en las señales se procesan para

dar información de la velocidad.Todos estos dispositivos utilizan técnicassimilares, pero se distinguen entre sí por ladistribución de las ventanas de los discos y por lacodificación y tratamiento de la señal óptica.

Codificadores incrementales (figura 47)

Los codificadores incrementales se destinana las aplicaciones de posicionamiento y controlde desplazamiento de un móvil por contaje/descontaje de los impulsos que liberan.

el disco de un codificador incremental tiene dostipos de pistas:

una pista exterior (vías A y B) divididas en «n»intervalos de ángulos iguales y alternativamenteopacos y transparentes, siendo «n» la resolucióno número de períodos. Dos fotodiodos defasados,instalados tras estas pistas, producen dosseñales cuadradas A y B cada vez que el hazluminoso atraviesa una zona transparente. Eldesfase de 90º eléctricos (1/4 de período) de lasseñales A y B define el sentido de rotación(figura 48): en un sentido, la señal B está en 1durante el frente de subida de A; mientras que enel otro sentido, está en 0;

una pista interior (pista z) que tiene una únicaventana transparente. La señal z, denominada«top 0», de 90º eléctricos de duración, sesincroniza con las señales A y B; define unaposición de referencia y permite la reinicializaciónen cada vuelta.

Explotación de las vías A y BLos codificadores incrementales permiten tresniveles de precisión y de explotación:

utilización de los frentes de subida de la vía Aúnicamente: explotación simple, correspondientea la resolución del codificador,

utilización de los frentes de subida y bajadade la vía A únicamente: se dobla la precisión deexplotación,

utilización de los frentes de subida y de bajadade las vías A y B: la precisión y explotación secuadriplican (figura 49).

Fig. 47: Aspecto de un disco graduado de uncodificador incremental.

Fig. 48: Principio de detección de la dirección derotación y «cero» de referencia.

Pista interior(Z)

Pista exterior(canales A y B)

A

Z

B

Período o incremento

"Ref. cero" de sincronismo

90 360

90

Eliminación de parásitosTodo sistema de conteo puede verse perturbadopor la aparición de parásitos en línea que soncontabilizados como los impulsos generados porel codificador.Para eliminar este riesgo, la mayor parte de loscodificadores incrementales producen, ademásde las señales A, B, y Z, sus complementariosA , B y Z . Si el sistema de tratamiento está

diseñado para poder explotarlos (comandosnuméricos NUM, por ejemplo), estas señalescomplementarias permiten diferenciar losimpulsos de los codificadores de los impulsosparásitos (figura 50), evitando así que secuenten estos últimos al reconstruir la señalemitida (figura 51).

Codificadores absolutos

Principio de diseñoLos codificadores absolutos se utilizan enaplicaciones de control de desplazamiento y deposicionamiento de un móvil. Son rotativos yfuncionan de manera similar a los captadoresincrementales pero se distinguen por lanaturaleza del disco.


Fig. 49: Principio para cuadruplicar la precisión de exploración.

Fig. 50: Las señales complementarias permiten diferenciar los impulsos y evitar el contar los impulsos parásitos ointerferencias.

Flancos ascendentes del canal A

Flancos ascendentes y descendentesdel canal A

Flancos ascendentes ydescendentesde los canales A y B

Precisión cuadruplicada

Sin utilizar la señal B Utilizando la señal B

AA

B

Salida del encoder

Interferencia en la línea

Señal de entrada delsistema de proceso

Interferencias no contadas

Sin señal complementaria Utilizando una señal complementaria

A

1

1 1 1

1 1

0 0

0 0

0

0 0

1 1

A

Error de conteo en el canal A

A

A + A

Si A + A 1 Existencia de interferencia

Fig. 51: Principio para reconstruir una señal emitida.

REF REF REF1REF2

IN1IN2

OUT

t

t

OUTIN

REF

Canal A Canal A

Discoóptico

Discoóptico

Fuenteluminosa

Fuenteluminosa

Pérdida de señales conlectura clásica

Compensación de las variaciones de lospuntos de comunicación de lectura clásicaen caso de pérdida de emisividad

Receptor ópticoo electrónico deadaptación

Receptor ópticoo electrónico deadaptación

OUTIN1

IN2

OUT

t

t

OUT

t

t

Señales perdidas Señales reconstruidas

Los discos tienen varias pistas concéntricasdivididas en segmentos iguales alternativamenteopacos y transparentes (figura 52). Uncodificador absoluto proporciona en todomomento un código que es la imagen de laposición real del móvil a controlar.La primera pista interior está compuesta por unamitad opaca y otra transparente. La lectura de

esta pista permite determinar la media vuelta enla que se sitúa el objeto (MSB: Most SignificantBit).Las siguientes pistas, del centro hacia el exteriordel disco, están divididas en 4 cuartos de discoalternativamente opacos y transparentes. Así,la lectura de la segunda pista combinada con lalectura de la anterior (la primera) permite


determinar en qué cuarto de vuelta (1/4 ó 1/2) sesitúa el objeto. Las pistas siguientes permitendeterminar sucesivamente en qué octavo (1/8 ó1/2) o en qué décimo sexto de vuelta (1/16)...etcétera, se sitúa el móvil.La pista exterior corresponde al bit de menorsignificación (LSB: Least Significant Bit).El número de salidas paralelas es el mismo queel número de bits o de pistas que hay en el disco.La imagen del desplazamiento necesita tantasparejas diodo/fototransistor como bits emitidos opistas en el disco. La combinación de todas lasseñales en un momento dado da la posición delmóvil.Los codificadores absolutos se caracterizan por laemisión de un código numérico, imagen de laposición física del disco. Una única cifracorresponde a una única posición; este códigoproporcionado por un codificador rotativoabsoluto puede ser binario natural (binario puro) obinario reflejado, también denominado códigoGray (figura 53).

Ventajas de los codificadores absolutosEl codificador absoluto tiene dos ventajasimportantes respecto al codificador incremental:

insensibilidad a los cortes de red puesto que alconectar la tensión o después de un corte, elcodificador proporciona una informacióninmediatamente utilizable por el sistema de

Fig. 52: Discos grabados de un codificador absoluto.

Pista 01

Pista 02

Pista 03

Pista 04

Pistas LSB

Pistas MSB Pista G4

Pista G1

Pista G2

Pista G3

Disco binario Disco Gray

Fig. 53: Señal generada en código Gray por un codificador rotativo absoluto.

0Valores 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15LSB0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1

20

22

24

28

216

G1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

G2

G3

G4

Lectura óptica del disco

Señales procesadas por el captador

proceso, y que corresponde a la posición angularreal del móvil. En cambio, el codificadorincremental, antes de poder usar útilmente susseñales, necesita una reinicialización.

insensibilidad con los parásitos en línea. Unaperturbación puede modificar el códigoproporcionado por un codificador absoluto, peroeste código vuelve a ser automáticamentecorrecto desde la desaparición del parásito. Porel contario, con un codificador incremental, salvoque se utilicen señales complementarias, lainformación parásita es procesada.

Utilización de las señalesPara cada posición angular del eje, el discosuministra un código, que puede ser un códigobinario o un código Gray:

El código binario puroPermite efectuar las 4 operaciones aritméticascon los números expresados en este código. Portanto, es directamente utilizable por losautómatas (PLC) para efectuar sus cálculos.Pero esto tiene el inconveniente de que variosbits que cambian de estado entre dos posiciones,por lo que se puede producir una posibleambigüedad de lectura.Para evitar esta ambigüedad los codificadoresabsolutos generan una señal de inhibición quebloquea las salidas en cada cambio de estado.


Fig. 54: Principio de un conversor de Gray a binario.

Fig. 55: Posicionamiento de un móvil en un eje.

27

1

26

0

25

1

24

1

23

0

22

1

21

0

20

1

27

1

26

1

25

0

24

1

23

1

22

0

21

0

20

1

XOR XOR XOR XOR

GRAY

BINARIO

INIC

IO

XOR XOR XOR

Posición

Velocidad

Posición de ralentización

Exigencias:lectura rápida:baja precisión

Sólo lectura MSB

lectura lenta:gran precisión

Lectura de todoslos canales

El código Gray, en el que hay un único bitcambiando de estado, evita así esta ambigüedad.Pero, para su explotación por un autómata, estecódigo debe ser previamente transcodificado enbinario (figura 54).

Utilización de un codificador absolutoEn la mayor parte de las aplicaciones labúsqueda de una mejor productividad obliga ahacer desplazamientos rápidos, a gran velocidad,y después ralentizamientos para conseguirposicionamientos precisos.Para alcanzar este objetivo con las tarjetas deE/S estándar hay que supervisar los MSB cuandola velocidad es elevada, para activar laralentización con media vuelta de antelación(figura 55).

Variantes de los codificadores

Se han ideado numerosas variantes y variaspresentaciones para satisfacer las diferentesexigencias de utilización, por ejemplo:

codificadores absolutos multivuelta, tacocodificadores y tacómetros, codificadores de eje sólido, codificadores de eje hueco, codificadores de eje cruzado.

9.3 Asociación codificador - unidad de procesamiento

Los circuitos de entrada de las unidades detratamiento deben ser compatibles con los flujosde información proporcionados por loscodificadores (figura 56).

Fig. 56: Tipos principales de unidades de proceso utilizados en la industria y codificadores que suelen asociárseles.

Unidad de proceso EncoderIncremental AbsolutaFrecuencia de la señal (kHz) Conexión paralela≤ 0,2 ≥ 40 > 40

Autómata programable (PLC) Entradas ToNConteo rápidoTarjeta de ejes

Controlador numéricoMicroprocesador Entradas paralelasTarjetas específicas


10 Los presostatos y vacuostatos

10.1 ¿Qué es la presión?

La presión es el resultado de una fuerza aplicadaen una superficie. Si P es la presión, F la fuerza yS la superficie, tiene la relación

FPS

= .

La tierra está rodeada por una envolvente de aireque tiene una cierta masa y que, por tanto, ejerceuna cierta presión, llamada «presión atmosférica»y que es igual a 1 bar, a nivel del mar.La presión atmosférica se da en hPa(hectopascal) o mbar: 1 hPa = 1 mbar.La unidad internacional de presión es el pascal(Pa): 1 Pa = N/m2

Una unidad más practica es el bar:1 bar = 105 Pa = 105 N/m2 = 10 N/cm2.Presostatos, vacuostatos y transmisores depresión tienen por función controlar o regular omedir una presión o una depresión en un circuitohidráulico o neumático.Los presostatos o vacuostatos transforman uncambio de presión en señal eléctrica «todo o

nada» cuando se alcanzan los puntos deconsigna previstos. Pueden ser de tecnologíaelectromecánica o electrónica (figura 57).Los transmisores de presión (también llamadoscaptadores analógicos) transforman la presión enseñal eléctrica proporcional y son de tecnologíaelectrónica.

10.2 Los detectores para el control de presión

Principio

Los aparatos electromecánicos utilizan eldesplazamiento de una membrana, de un pistóno de un fuelle para accionar mecánicamente loscontactos eléctricos (figura 58).Los detectores de presión electrónicosTelemecánica están equipados con una célulacerámica piezo-resistiva (figura 59). Ladeformación debida a la presión se transmite alas resistencias de «membrana gruesa» del

Fig. 57: Ejemplo de detectores de presión (marcaTelemecánica), presostato electromecánico, presostatoelectrónico, transmisor de presión.

Fig. 58: Principio de un detector de presión electromecánico (marca Telemecánica).

Fuerza del resortedel valor alto (PH)

Fuerza del resorte deajuste de desviaci�n

P > Umbral

P < Umbral

P >

P <

puente de Wheatstone serigrafiado en lamembrana cerámica. La variación de resistenciase procesa después mediante la circuiteríaelectrónica integrada para dar una señal o bientodo o nada o bien proporcional a la presión (porejemplo, 4-20 mA, 0-10 V…).El control o la medida de presión se obtiene porla diferencia entre las presiones existentes a losdos lados del elemento sometido a la presión.Según la presión de referencia, se utiliza lasiguiente terminología:


Fig. 59: Corte de un detector de presión (marcaTelemecánica).

(1) Célula cerámica, con:(2) Membrana de medida(3) Amplificador electrónico(4) Conexión eléctrica(5) Junta

1

2

3 4

5

Presión absoluta: medida respecto a una escalade volumen, generalmente en vacío.Presión relativa: medida respecto a la presiónatmosférica.Presión diferencial: mide la diferencia entre dospresiones.Hay que tener en cuenta que los contactoseléctricos de salida pueden ser:

de potencia, bipolares o tripolares, para elmando directo de motores monofásicos otrifásicos (bombas, compresores,…),

o estándar, para mando de las bobinas decontactores, relés, electroválvulas, entrada deautómatas, etc.

Terminología (figura 60)

Terminología general

Zona de funcionamiento

Es el intervalo definido por el valor mínimo deajuste del punto bajo (PB) y el valor máximo deajuste del punto alto (PA) para los presostatos yvacuostatos. Corresponde al alcance de medidade los transmisores de presión (llamados tambiéncaptadores analógicos). Hay que tener en cuenta

Fig. 60: Representación gráfica de los términos que normalmente se utilizan.

t

Presión

Presiónascendente

Presióndescendente

CalibrePH máx

PH (Punto alto)

PB (Punto bajo)

Repetitividad

Margen Intervalo defuncionamiento

Intervalode ajuste

Presión atmosférica - Presión cero relativa

Presión cero absoluta

PH mín

PB mín

que las presiones indicadas en los aparatostienen como base la presión atmosférica.NB de la versión en inglés: En la documentaciónde Telemecánica se indica PB (punto bajo) quese corresponde con LP (low point) en inglés; delmismo modo, PA (punto alto en español) secorrresponde con PH (point haut, en francés) ycon HP (high point, en inglés)

Zona de reglaje

Es el intervalo definido por el valor mínimo y elvalor máximo del ajuste del punto alto.

Calibre

Valor máximo de la zona de funcionamiento paralos presostatos.Valor mínimo de la zona de funcionamiento paralos vacuostatos.

Punto de consigna alto (PA)

Es el valor de la presión máxima escogida yreglada en el presostato o vacuostato, valor en elque cambiará de estado de la salida cuando lapresión sea ascendente.

Punto de consigna bajo (PB)

Es el valor de la presión mínima seleccionada yregulada en el presostado o vacuostato, valor enel que cambiará de estado de la salida cuando lapresión sea descendente.

Intervalo

Es la diferencia entre el punto de consigna alto(PA) y el punto de consigna bajo (PB).

Aparatos con intervalo fijo

El punto bajo (PB) está directamente ligado alpunto alto (PA) por el intervalo.

Aparatos de intervalo ajustable

La regulación del intervalo permite fijar el puntobajo (PB).


Terminología específica de mecanismoselectromecánicos (figura 61)

Precisión de la indicación del punto deconsigna

Es la tolerancia entre el valor de consignaindicado y el valor real de activación del contacto.Para un punto de consigna preciso (primerainstalación del producto), utilizar la referencia deun dispositivo graduado (ej.: manómetro).

Repetitividad (R)

Es la variación del punto de funcionamiento entredos maniobras sucesivas.

Deriva (F)

Es la variación del punto de funcionamientodurante toda la vida del aparato.

Terminología específica de mecanismoselectrónicos

Rango de medida (EM) o zona de medida deun transmisor de presión, corresponde alintervalo de las presiones medidas por eltransmisor. Está comprendido entre 0 bar y lapresión correspondiente al calibre del transmisor.

La Precisión se compone de la linealidad, dela histéresis, de la repetitividad y de lastolerancias de los ajustes. Se expresa en % delintervalo de medida del transmisor de presión(% EM).

La linealidad es la diferencia más importanteentre la curva real del transmisor y la curvanominal (figura 62).

La histéresis es la diferencia más importanteentre la curva de presión ascendente y la curvade presión descendente (figura 62).

Fig. 61: Representación gráfica de los términosespecíficos de un elementos electromecánico [a]precisión del punto de consigna, [b] repetitibidad entredos manómetros A y B,[c] deriva, o variación del puntode funcionamiento durante toda la vida del aparato.

+

-Punto de consigna

R

A B

F

a -

b -

c -

La repetitividad es la banda de dispersiónmáxima obtenida al variar la presión en unascondiciones determinadas (figura 62).

Las tolerancias de los ajustes son lastolerancias de ajuste del punto cero,determinadas por el fabricante, y de lasensibilidad (pendiente de la curva de la señalde salida del transmisor).

Deriva en temperatura (figura 63).La precisión de un detector de presión essiempre sensible a la temperatura defuncionamiento. Esta deriva es proporcional a latemperatura y se expresa en % de EM/K y afectaespecialmente al punto cero y a la sensibilidad.

Presión máxima admisible en cada ciclo(Ps)

Se refiere a la presión que puede soportar eldetector de presión en cada ciclo sin incidenciaen su duración. Es igual, al menos, a 1,25 vecesel calibre del aparato.

Presión máxima admisible accidentalmente

Es la presión máxima, independientemente de losgolpes de presión, a la que el detector de presiónpuede estar sometido de forma ocasional sindañar al aparato.

Presión de ruptura

Es presión límite por encima de la que el detectortiene riesgo de presentar una fuga, incluso unestallido de su mecánica.Todas estas definiciones relativas a las presionesson esenciales para obtener, al elegir, unaperfecta adecuación de los captadores connecesidad y, especialmente, para asegurar sucapacidad para utilizarlos en los circuitoshidráulicos o para soportar fenómenostransitorios severos que pueden aparecer, comoel «golpe de ariete».

Fig. 62: Representación gráfica de la [a] linealidad, [b]histéresis y [c] repetitibidad.

Señal

Presión

a - c -b -Señal

Presión

Señal

Presión

Fig. 63: Representación gráfica de las derivas portemperatura [a] de la sensibilidad, [b] del punto cero.

Señal

Presión Presión

Señal

a - b -

f(>Tref)

f(<Tref)

f(>Tref)

f(<Tref)

(con Tref) (con Tref)


11 Otras características de los detectores de presencia

Técnica a «2 hilos»: el detector se alimenta en seriecon la carga, soportando, por tanto, una corrienteresidual a circuito abierto y una caída de tensión acircuito cerrado. La salida puede ser o normalmenteabierta (NO) o normalmente cerrada (NC). Y lamáxima intensidad de corriente conmutada, tanto enac como en dc, puede ser más o menos importante,con o sin protección contra cortocircuito.

Fig. 64: Las técnicas de conmutación de carga.

Técnica a «3 hilos»: El detector tiene 2 hilos dealimentación y 1 hilo para la transmisión del señal desalida (o más, en el caso de los productos con variassalidas). La salida puede ser transistorizada de tipoPNP o NPN.

Alimentación

Alimentación

Carga

CargaEn este documento se han presentado lasdiversas tecnologías de detección. Cada unatiene sus ventajas particulares y sus limitacionesde empleo.Para su elección, hay que tener en cuenta otroscriterios que se describen en las tablas deelección incluidas en los catálogos de losconstructores. Mediante éstas y según losdetectores, hay que tener especialmente encuenta:

las características eléctricas, las exigencias medio ambientales, las posibilidades y facilidades de puesta en

marcha.En los párrafos siguientes se dan algunosejemplos de criterios que, sin estar centrados enla función básica, describen las ventajas en lapuesta en marcha y en la explotación.

Las características eléctricas

la tensión de alimentación, ca o cc, con unmargen más o menos amplio,

las técnicas de conmutación de la carga, a«2 hilos» o a «3 hilos» (figura 64).Estas dos técnicas las utilizan muchosconstructores, pero es importante prestaratención a las corrientes residuales y a las caídasde tensión en bornes de los detectores: si éstascon bajas garantizan una mejor compatibilidadcon todo tipo de cargas.

Exigencias del medio ambiente

Eléctricas inmunidad a los parásitos de las líneas inmunidad a la radiofrecuencia inmunidad a las descargas eléctricas inmmunidad a las descargas electrostáticas Térmicas

Generalmente, de -25 a +70º C, pero, según losdetectores y sus fabricantes, llegan de -40 a+120º C.

Humedad/polvoEl grado de protección de la envolvente(estanqueidad): IP68, por ejemplo, para undetector expuesto al aceite de corte de unamáquina herramienta.

Las posibilidades/facilidades de instalación

forma geométrica (cilindro o paralelepípedo) caja de metal/plástico posibilidad de instalarse en una estructura

metálica sistemas/dispositivos de fijación conexionado, mediante cable o conector función de autoaprendizaje


12 Conclusión

¿Y el futuro?

Las prestaciones de los captadores electrónicosaumentarán aún más gracias al desarrollo de laelectrónica, tanto en lo que se refiere a lascaracterísticas eléctricas de los componentescomo a sus dimensiones. Así con el «boom» delas telecomunicaciones (internet, teléfonosmóviles), las frecuencias de trabajo de laelectrónica han aumentado desde algunoscentenares de MHz hasta los GHz. Precisamentepor esto, por ejemplo, es posible medir másfácilmente las velocidades de propagación de lasondas y así franquear los fenómenos físicoslocales. Además las tecnologías de tipo Bluetootho WiFi dan la posibilidad de realizar captadoressin hilos, con conexiones por radio confrecuencias del orden de 2,4 GHz.Otra aportación de la electrónica modernaconsiste en el tratamiento digital o numérico de laseñal: la bajada de precio de los micro-controladores permite añadir funcionesevolucionadas (como la auto-adaptación alentorno teniendo en cuenta la presencia dehumedad, de humo o elementos metálicospróximos: captador «inteligente» capaz deautocontrol) .Así, los captadores electrónicos, gracias a estaevolución tecnológica, se adaptarán mejor a las

necesidades iniciales y más fácilmente, después,a los cambios de proceso... y todo esto con unincremento de coste casi imperceptible. Pero estaevolución requiere inversiones importantes que,por ahora, sólo los grandes fabricantes decaptadores pueden realizar.

Importancia de los captadores

Todos los diseñadores y usuarios de los sistemasautomáticos, desde una simple puerta de garagehasta una cadena de producción, sabenperfectamente que el buen funcionamiento de unautomatismo depende de la elección de losdetectores, los cuales permiten:

asegurar personas y bienes, fiabilizar un automatismo de un proceso

industrial, optimizar el control de los equipos industriales, controlar los costes de explotación.

Pero los detectores tienen exigencias en cuanto asu puesta en marcha y su explotación, exigenciasinherentes a tecnologías como las explicadas eneste Cuaderno Técnico.Esta guía debe permitirnos aprender mejor loslímites de su utilización y los reglajes necesariosde todos los captadores.

Cuaderno Técnico nº 209

Documents

Transcript of Cuaderno Técnico nº 209