II - INTRODUCCION

    Actualmente seria impensable realizar maniobras mas o menos complicadas, dentro del mundo industrial, sin dos elementos ampliamente extendidos en nuestros días, por una parte los autómatas programables y por otra los sensores, que permiten controlar las variables que afectarán al proceso industrial.
    Los autómatas por precio, versatilidad y facilidad de programación se han convertido en los sustitutos de las maniobras en los entornos industriales, y debido a las crecientes necesidades de los procesos industriales modernos, cada vez hay que controlar mas variables que afectan a estos procesos, por lo que los sensores han entrado de lleno en estas maniobras.
    Hoy por hoy, seria difícil encontrar procesos automáticos que no estén gobernados por elementos de gobierno, sensores y autómatas.
    Procesos como contadores, detectores de presencia, detectores de objetos, control de niveles, medidas de seguridad, chequeo de contenidos,inspecciones de calidad automáticos, posicionamiento y verificación y un largo etcétera serian impensables sin esta combinación de elementos.
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    III - CLASIFICACIÓN DE SENSORES Y ELEMENTOS DE GOBIERNO

    Elementos de gobierno: Son elementos mecánicos cuya función es la de actuar como interruptores o pulsadores para arrancar, parar y determinar posiciones en procesos industriales
     

    Clasificación: Atendiendo a la forma y su función podemos clasificarlos como microrruptores, interruptores y finales de carrera.
    Otra forma de clasificación seria atendiendo a las características eléctricas de cada elemento, es decir, tensión máxima, intensidad máxima de ruptura etc.
     
    ELEMENTOSCARACTERISTICAS
    MicroruptoresDe palanca,rodillo,émbolo 
    Finales de carreraDe desplazamiento en 2 sentidos,de  presión etc
    Interruptores y pulsadoresNormalmente cerrados (NC) abiertos (NO)
    Sensores: Se denomina sensor a todo elemento que es capaz de transformar señales físicas como temperatura, posición, longitud etc. en señales eléctricas.
     

    Clasificación:Podemos clasificar los sensores según el parámetro físico que miden: temperatura,presión,posición,longitud,nivel etc.
    También podemos clasificarlos atendiendo a el tipo de salida:Salida analógica (V ó I) y salida digital (I / 0)

     
    MAGNITUDTRANSDUCTORCARACTERÍSTICA
    Posición lineal o angularPotenciómetroAnalógica
    =EncodersDigital
    Desplazamientos y deformaciónTransformador diferencialAnalógica
    =Galga extensiométricaAnalógica
    Velocidades lineales y angularesDinamo tacométricaAnalógica
    =EncoderDigital
    =Detector inductivo Digital
    AceleraciónAcelerómetroAnalógico
    =Sensor de velocidadDigital
    Fuerza y parGalgasAnalógico
    PresiónMembranasAnalógica
    =PiezoeléctricosAnalógica
    CaudalTurbinaAnalógica
    =MagnéticoAnalógica
    TemperaturaTermoparAnalógica
    =PT100Analógica
    =NTCAnalógica
    =PTCI/0
    =BimetalI/0
    Sensores de presenciaInductivosI/0
    =CapacitivosI/0
    =ÓpticosI/0 Analógica
    Sensores táctilesMatriz de contactosI/0
    =Piel artificialAnalógica
    Visión artificialCámaras de videoProcesamiento digital
    =Cámaras CCDProcesamiento digital
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    1 ELEMENTOS DE GOBIERNO

    1.1 MICRORRUPTORES

    Definición
    Son elementos que funcionan como un pulsador, cuya función consiste en determinar la posición o el estado de un proceso automático. Los tipos de contacto pueden ser NC (Normalmente cerrado) y NO (Normalmente abierto)
    Generalmente son muy precisos, con una excelente respuesta de actuación y con diversos tipos de actuadores (émbolos de aguja, de palanca, compactos, flexibles, rígidos etc.)
    Algunos tipos de actuadores. (NAIS)


    Fig 1

    Fig 3

    Fig 2

    Fig4
    Características
    Las características más importantes de estos dispositivos son:
     
    Fuerza de operación del actuadorgr
    Poder de corteEn V y A
    Tipo de contactoAu ,Ag
    HomologacionesLos procesos de control de calidad ha que han sido sometidos
    Aplicaciones
    En cualquier proceso automáticos en el que debamos detectar posiciones o estados de este proceso y donde la presión sobre el actuador sea mínima.
    - Contadores de piezas, Detectores de inicio y finalización del proceso, Cortes de hilos, posicionamiento etc.
    Comprobación
    Mediante un multímetro o tester en Ohmios determinaremos la resistencia del dispositivo en reposo y al realizar la actuación.
    Ejemplos
    -Realizar el conexionado de varios microruptores para que accionen una lámpara de salida.
    -Realizar un estudio de un subproceso para detectar la rotura o finalización de un hilo en un proceso de arrollamiento.
     
    Esquema
    Diagrama de flujo 
    Subprograma
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    -Diseñar un sistema de seguridad para una taladradora industrial.
     
    Esquema
    Diagrama de flujo 
    Subprograma
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    -Se necesita detectar la posición inicial, a la mitad del proceso, y la posición final de un producto en una cinta transportadora.
     
    Esquema
    Diagrama de flujo 
    Subprograma
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    1.2 FINALES DE CARRERA

    Definición
    Son elementos actuadores de conmutación, generalmente provistos de muelles y utilizados en procesos automáticos donde la detección debe ser mas robusta.
    Tipos de contactos de finales de carrera.
    (OMROM)
     

    Fig 1

    Fig 3

    Fig 2

     
     Fig 4
    Características
    Las características más importantes de estos dispositivos son:
     
    Tensión de corte nominalV AC/DC (Voltios)
    CargaAmperios
    Tipo contacto1,2... contactos conmutados
    Tipo protecciónTerminales de tornillo, sellados etc
    ActuadorGramos (150-600)
    Tipo Palanca,rodillo,varilla etc
    Aplicaciones
    En cualquier proceso automáticos en el que debamos detectar posiciones o estados de este proceso y donde la presión sobre el actuador sea bastante grande (gr)
    Comprobación
    La comprobación se realiza de la misma forma que en los microrruptores, es decir midiendo la continuidad en un tester en cada una de las posiciones del final de carrera.
    Ejemplos
    -Conectar un final de carrera a un relé de forma que cuando este actúe, de tensión a un relé y ponga en marcha un motor
    -Realizar la detección de posición máxima y mínima en una taladradora industrial.
     
    Esquema
    Diagrama de flujo 
    Subprograma
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    -Realizar un proceso para abrir una puerta y detecte el final de carrera de la misma.
     
    Esquema
    Diagrama de flujo 
    Subprograma
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    -Diseñar un sistema de montacargas mediante dos pulsadores uno para subir y otro para bajar y dos finales de carrera para detectar los límites de subida y bajada.
     

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    2 SENSORES

    2.1 FOTOCÉLULAS Y BARRERAS

    Definición
    Son elementos sensores formados por un emisor de luz y una fotocélula de detección, actuando por reflexión de este haz sobre los objetos a detectar, tambien pueden actuar en forma de barrera y pueden detectar objetos a mayores distancias, con fuentes luminosas independientes del cabezal que sólo es receptor.
    Suelen estar protegidos contra perturbaciones electromagnéticas externas (EMI), las distancias de detección pueden ser hasta de 500 m en modo barrera, la velocidad de respuesta de estos detectores es alta en modos de conmutación y pueden servir para detectar colores.
    Para ambientes muy luminosos pueden estar polarizados los haces de luz, tambien existen de fibra óptica de forma que la detección puede llevarse a puntos inaccesibles por el propio sensor o bien detectar objetos muy pequeños (micras)
    Pueden trabajar en light ON y dark ON  (modo luz,modo oscuridad)
     
     

     
     Fig 1 Fotocélulas On/Off

    Fig 2 Fotocélula y accesorio reflector
    Fig 3 Fotocélula analógica
    Fig 4 Barreras fotoeléctricas
    Características
    Caracteristicas de fotocélulas y barreras:
     
    Tipo sensorbarrera,espejo,espejo con filtro polarizado,reflexióndirecta
    Distancia de deteccióncm,m
    Objeto detectable estándarmetal,plástico,papel
    Tipo de objeto detectableopaco,transparente,semitransparente
    Diodo emisorLED rojo, infrarojo
    Tiempo de respuestams, s  max  ej(2 ms max)
    Tipo de salidaTiristor, transistor, relé ...
    Consumo máximo sin cargaVA
    Consumo nominalma max ej (45 ma max)
    Material de la carcasaPlástico,metal ...
    Tamaño0 x L (diámetro por longitud)
    Conexiónlongitud cable (2 m máx)
    Tensión de funcionamientoVDC VAC ej(24-240 V CA /10-30 V DC)
    Temperatura de trabajoen grados centígrados ej (-25 a +60 oC)
    Pesogr (100gr)
    Aplicaciones
    Detección en puertas automáticas,en ascensores, funciones de seguridad para puertas en autobuses,mediciones de tubos,medición de alturas en piezas,sensores de nivel de llenado,detección de destensamientos en cintas transportadoras,detección de posicionamiento etc
     

    Ejemplo de aplicación en entornos iluminados

     
     
     
     
     
     
     Ejemplo de aplicación de barrera de seguridad
     
    Comprobación
    Montar el circuito sensor, alimentarlo y determinar la tensión de salida cuando actúa y cuando no está actuando.
    Ejemplos
    -Montar una célula fotoeléctrica y determinar la tensión de salida en los dos estados, abierta y cerrada.
    - Diseñar un sistema de seguridad para una taladradora industrial mediante una barrera de fotocélulas.
     
    Esquema
    Diagrama de flujo 
    Subprograma
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    - Diseñar un sistema para detectar la altura de objetos que estan en una cinta transportadora mediante células fotoeléctricas.
     
    Esquema
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    Subprograma
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    -Diseñar un sistema de seguridad mediante barreras fotoélectricas para un sistema robot que trabaja en una habitación, si alguien o algún objeto interfiere en el espacio de actuación del robot, este parará automáticamente.
    - Realizar un estudio para un sistema automático de posicionamiento mediante un sistema de láminas perforadas.
     


    2.2 INTERRUPTORES DE PROXIMIDAD

    Definición
    Son sensores para detectar presencia o ausencia de objetos metálicos, estan basados en distintos tipos de actuadores siendo los más comunes:
          Sensores inductivos (Detectan materiales férricos basandose en variaciones de campo magnético)
          Sensores capacitivos (En determinados entornos no se pueden utilizar las variaciones de campo magnético y se utilizan otros dispositivos cuya característica de variación es la capacidad eléctrica)
           


        Algunos sensores e interruptores de proximidad inductivos (OMROM)
        Para otro tipo de materiales no férricos se utilizan los siguientes sensores
        Sensores ópticos (fotocélulas y barreras)
        Detectores ultrasónicos (Barreras por ultrasonidos)

        Características
        Sensores inductivos
         
        Tipo de sensorrosca M12, M18, M30 ...
        Distáncia de detección nominalmm +- x% (3mm+-10%)
        Rango de detecciónmm (0-2mm)
        Frecuencia de detecciónHz (500Hz)
        Objeto detectable estándarAcero (12x12x1mm)
        Histéresis
        Tipo de salidama (50,100,200 ma)
        Consumo nominalma (0.8ma)
        Material de la carcasaAcero, latón níquel etc
        ProtecciónIP
        Dimensionesdiámetro x longitud (M12x30mm)
        ConexiónCable 2m , 3m ...
        Tensión de operaciónV (10-30V DC)
        Temperatura de trabajoº centígrados (-25 + 55 ºC)
        Pesogr (55 g. 90g 200g)
        Distancia de detección contra anchura del objeto detectable en un sensor inductivo típico.
        Sensores capacitivos
        Tipo de sensor.Rosca M6, M8 ...
        Distáncia de detección nominal.mm , m
        Rango de detección.
        Frecuencia de detección.Hz (500Hz)
        Objeto detectable estándar.Acero (12x12x1mm)
        Tipo de salidaTransistor, Relé
        Consumo nominalma (12ma)
        Material de la carcasaPlástico, PVC, etc
        ProtecciónIP
        Dimensionesdiámetro x longitud (M12x30mm)
        ConexiónCable 2m , 3m ...
        Tensión de operaciónV (10-30V DC) (20-300 AC)
        Temperatura de trabajoº centígrados (-25 + 55 ºC)
        Pesogr 
        Aplicaciones
        Control de desplazamiento de piezas, detección de materiales metálicos en procesos de alimentación, posicionamiento de piezas metálicas, posicionamiento de máquinas, detección de planchas en movimiento, etc.
        Comprobación
        Conectaremos el sensor según las especificaciones del fabricante y determinaremos la tensión de salida del sensor al trabajar en vacio y al detectar una pieza metálica.
        Ejemplos
        - Conectar un sensor inductivo y determinar la señal de salida al detectar una pieza metálica y al trabajar en vacio, determinar la lóngitud máxima de detección del sensor.
        - En una cinta transportadora detectar piezas metálicas.
         
        Esquema
        Diagrama de flujo 
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        - Detectar los límites de posicionamiento del cabezal de un torno
         
        Esquema
        Diagrama de flujo 
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        - Realizar el control de un automatismo para detectar la alienación de disquetes de ordenador antes de proceder a su etiquetado.
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        2.3 DETECTORES MOVIMIENTO

        Definición
        Son elementos sensores para detectar  pequeños o grandes movimentos (por ejemplo el movimiento de una mano) generalmente suelen ser detectores por infrarojos o por reflexión directa, muchas veces estan protegidos contra la contaminación lumínica y se pueden usar varios sin que interfieran entre si.
        Debido a su utilización como detectores para alarmas o como elementos de seguridad, pueden estar alimentados a pilas (debido a su ubicación en determinadas aplicaciones)

        Características
         
        Distancia de detecciónmetros (2,5... m minimo)
        Rango detección horizontalen grados (95º)
        Rango detección verticalen grados (50º)
        Tensión de alimentaciónen cc, ca
        SalidaV máx (30 V)
        Tiempo de decisiónms (23 ms)
        Tiempo de salidams (60ms)
        Temperatura de funcionamiento-20ºc a + 55ºC
        Aplicaciones
        Alarmas, grifos de agua automáticos, aseos automatizados, detección de personas en cajeros automáticos, control de luz y ventilación etc.
        Comprobación
        Conectaremos el sensor según las especificaciones del fabricante y determinaremos la tensión de salida del sensor al trabajar en vacio y al detectar movimiento en el rango de detección del sensor.
        Ejemplos
        - Realizar un sistema de protección por movimiento de forma que cuando se active, suene una alarma y se conecten unas luces de aviso.
         
        Esquema
        Diagrama de flujo 
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        -Desarrollar un automatismo para la salida de agua en una pila para lavado de manos automática.
         
        Esquema
        Diagrama de flujo 
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        2.4 SENSORES PRESIÓN Y TEMPERATURA

        Definición
        Sensores de presión
        Suelen estar basados en la deformación de un elemento elástico cuyo movimiento es detectado por un transductor que convierte pequeños desplazamientos en señales eléctricas analógicas, mas tarde se pueden obtener salidas digitales acondicionando la señal.
        Pueden efectuar medidas de presión absoluta (respecto a una referencia) y de presión relativa o diferencial (midiendo diferencia de presión entre dos puntos)
        Generalmente vienen con visualizadores e indicadores de funcionamiento.

        Caracteristicas
         
        Tipo de sensorpresión relativa, absoluta
        Rango nominal de presionesen bar (0-10 bar)
        Presión de rupturabar (4,9 bar ... 15 bar)
        Tensión de alimentaciónen cc, ca
        Fluido aplicableGases no corrosivos
        Tiempo de respuestams (10ms max)
        SalidaV máx (30 V)
        Temperatura de funcionamiento0ºC a +50ºC
        Aplicaciones
        Control de sujección,Succión de elementos, succión de tornillos en atornilladores automáticos, apretado de tuercas automáticas, control de fuerza en pinzas prensoras , confirmación de presión a la soldadura ... 


        Sensores de Temperatura
        Transductores capaces de detectar temperaturas en amplios rangos.
        Podemos englobar los diferentes tipos de sensores en:
        • Termostatos que conmutan a cierto valor de temperatura, generalmente basados en interruptores bimetales o mediante sondas NTC (Coeficiente térmico negativo) ó PTC (Coeficiente térmico positivo) y un comparador de salida.
        • Termoresistencias cuya salida es analógica y su funcionamiento está basado en el cambio de resistenci del sensor dependiendo de la temperatura. Termopares de unión (Tipos J,K R,E de 0ºC a +1000ºC) Termoresistencias PT100 (-250º ... +850º). Termoresistencias NTC y PTC (Semiconductores que varian su valor resistivo con la temperatura )
        • Pirómetros. Estos sensores actuan por radiación, al tener que medir temperaturas que son superiores al punto de fusión de los propios sensores, en este caso se mide la radiación térmica emitida por el cuerpo a determinar su temperatura.(400ºC hasta 2000ºC)

        Aplicaciones
        Controles de temperatura en procesos industriales.
        Ejemplos
        Diseñar  un sistema para que controle la temperatura de un hinvernadero, de forma que cuando la temperatura ambiente supere los 35ºC ponga en marcha un ventilador y si la temperatura es inferior a 20ºC ponga en marcha un calefactor.
         
        Esquema
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        Necesitamos controlar la temperatura de una caldera de forma que cuando esta llegue a los 150ºC paran automáticamente los calentadores.
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