4. Autómatas programables y sistemas de automatización
(Sig- nal
conditioner)
International Electrotechnical Commission),
Institute of Electrical and Electronic Engineers), etc.
(industrial Sensors).
(Smart sensors)
Intelligent
Electronic Devices).
Señal eléctrica
normalizada
Figura 7.1 Componentes básicos de un sensor.
7.2 Características de los sensores industriales
7.2.1 Introducción
430
5. Sensores industriales
Clasificación
de los
sensores
Según el tipo de señal eléctrica que generan
Según el rango de valores que proporcionan
Activos (Active or self generating)
Pasivos (Passive or modulating)
Analógicos (Analog)
Digitales (Digital)
Temporales (Timing)
De medida (Measurement)
Todo-Nada (On-Off)
Discretos (Discrete)
Integrados (Integrated)
Inteligentes (Smart)
Según el tipo de variable física medida
Tabla 7.1 Clasificación de los sensores.
7.2.2 Clasificación de los sensores industriales según el principio de
funcionamiento del elemento sensor
Sensores activos
Se consideran activos o generadores (Active or self generating)
Sensores pasivos
pasivos o moduladores (Passive or modulating)
431
6. Autómatas programables y sistemas de automatización
Clasificación
de los
sensores
según el
principio de
funcionamiento
Activos
Pasivos
Piezoeléctricos
Fotoeléctricos u optoeléctricos
- Fotoemisivos
- Fotovoltáicos
Termoeléctricos (Termopares)
Magnetoeléctricos
- Electromecánicos
- Semiconductores
Otros
Resistivos (Resistencia variable)
- Potenciométricos
- Termorresistivos
- Fotorresistivos
- Extensiométricos
- Magnetorresistivos
- Electroquímicos
Capacitivos (Capacidad variable)
Inductivos (inductancia variable)
- Reluctancia variable
- Magnetoestricitivos
- Transformador variable
Otros
Tabla 7.2 Clasificación de los sensores según el principio de funcionamiento.
7.2.3 Clasificación de los sensores según el tipo de señal eléctrica que
generan
Data domains),
432
7. Sensores Industriales
7.2.3.1 Sensores analógicos
sensores analógicos (Analog sensors)
Analog sign als)
Figura 7.2 Diagrama de bloques de un sensor analógico.
Figura 7.3 Señales analógicas: a) Senoidal de frecuencia constante; b) Continua.
433
8. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 7.4 Señales analógicas: a) Unipolar; b) Bipolar.
Figura 7.5 Sensor optoelectrónico láser de proximidad 3RG70-1CM00 de Siemens.
434
10. Autómatas programables y sistemas de automatización
Mediante señales binarias independientes
(Parallel output).
Mediante una secuencia de niveles cero uno de una señal digital
serie (s erial output ).
Figura 7.7 Señal digital binaria en formato serie.
( Analog to Digi tal con verte r )
Figura 7.8 Diagrama de bloques de un sensor digital de salida en paralelo.
436
11. Sensores Industriales
Figura 7.9 Esquema de bloques típico de un sensor digital cuyo elemento sensor proporciona una señal
analógica.
7.2.3. 3 Sensores temporales
(Timing signals).
Clasificación de
los sensores
según el
formato de las
señales que
generan
·Digitales
Según el tipo
de señal
Según la
polaridad
Señales senoidales
Señales variables
Señales continuas
Unipolares
Bipolares
Frecuencia
Fase
Frecuencia
Periódicas
No periódicas
Relación alto/bajo
Duración de un impulso
Número total de impulsos
Tabla 7.3 Clasificación de los sensores según el tipo de señales eléctricas que generan.
437
12. Autómatas programables y sistemas de automatización
Pulse Wid th Modulation).
(Pul se duration )
Figura 7.10 Sensor de ultrasonidos BERO 3RG62 32 (cortesía de Siemens).
Figura 7.11 Señal temporal que contiene la información en la relación entre la duración de los niveles uno
cero (alto/bajo).
438
13. Sensores Industriales
(incremen-
tal position encoder)
Frequency Modulation ),
Pulse Width Modulation ),
Voltage Controlled Oscilator),
Figura 7.12 Señal temporal que contiene la información en la duración de un impulso.
Figura 7.13 Sensor temporal realizado con un oscilador controlado en tensión.
7.2.4 Clasificación de los sensores según el rango de valores
Measurement sensors) (On-off sensors).
Sensores de medida
439
14. Autómatas programables y sistemas de automatización
(incremental
position encoder),
Sensores todo-nada
Figura 7.14 Esquema de bloques de un sensor todo-nada cuyo elemento sensor proporciona una señal
analógica.
(Proximity
sensors),
7.2.5 Clasificación de los sensores industriales según el modo de
operación
(Deflection sensors),
(Direct measurement ).
(Null-type sensors),
(Comparison measurement method)
440
16. Autómatas programables y sistemas de automatización
7.2.7 Clasificación de los sistemas sensores según el nivel
de integración
Sensores discretos
(Discreta sensors )
Sensores integrados
Integrated sensors )
Sensores inteligentes
(Inte llige nt
or Smart Sensor).
Figura 7.15 Esquema de bloques de un sensor inteligente.
442
17. Sensores Industriales
(Field Bus )
Totally Integrated Automation),
Figura 7.16 Conexión de sensores discretos y/o integrados a un autómata programable (cortesía de Siemens).
443
18. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 7.17 Conexión de un conjunto de sensores inteligentes a un autómata programable mediante un bus de
campo (cortesía de Siemens).
Actuator-Sensor- Interface),
"'AS-Interface"
Figura 7.18 Sensor optoelectrónico de proximidad BERO 3RG673 01-1RM00 conectable al bus de campo AS-
Interface (cortesía de Siemens).
444
19. Sensores Industriales
Figura 7.19 Sensor de caudal MG711/A conectable al bus de campo Hart (cortesía de Siemens).
7.2.8 Clasificación de los sensores según la variable física medida
Presión
Humedad
Clasificación
de los
sensores
según el tipo
de variable
física medida
Fuerza
Caudal
Presencia y/o posición de objetos
Nivel de sólidos o líquidos
Desplazamiento de objetos
Tabla 7.4 Clasificación de los sensores según el tipo de variable física medida.
445
20. Autómatas programables y sistemas de automatización
Tabla 7.5 Tabla que indica las variables físicas que se pueden medir con sensores basados en distintos
principios de funcionamiento.
7.3 Características de entrada de los sensores
industriales
7.3.1 Campo o rango de medida
446
21. Sensores Industriales
(Measurement range or span)
[Full scale output (FSO)].
(Overrange)
7.3.2 Forma de variación de la magnitud de entrada
Figura 7.20 Formas de variación a lo largo del tiempo de la magnitud física que debe medir un sensor.
447
22. Autómatas programables y sistemas de automatización
Datos estáticos
Datos dinámicos
Datos transitorios
Datos aleatorios
En la
7.4 Características eléctricas
7.4.1 Características eléctricas de salida
448
23. Sensores industriales
7.4.1.1 Sensores de salida analógica
(Ana log sensor)
impedancia de salida
Figura 7.21 Esquema de bloques típico de un sensor analógico de salida por corriente.
449
24. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 7.22 Sensor ultrasónico de proximidad del tipo 3RG61 13-3BF01, que posee una salida analógica por
corriente de 4 a 20ma (cortesía de Siemens).
7.4.1.2 Sensores de salida digital
(Digital
sensors) corriente de carga máxima
cargabilidad de salida.
Salida con transistor NPN y resistencia de carga
Salida con transistor NPN y colector abierto
(Ope n col ector ).
450
25. Sensores Industriales
Figura 7.23 Etapas de salida de sensores digitales: a) Con transistor NPN y resistencia de carga; b) Con
transistor NPN en montaje de colector abierto.
7.4.1.3 Sensores de salida todo-nada
( On-off sensors)
La corriente de carga máxima (Máximum, load current)
La tensión de alimentación (Supply voltage)
451
26. Autómatas programables y sistemas de automatización
La configuración de salida
Sensores todo-nada de salida de tipo relé
(Single
Pole Single Through)
(Normally Open)
(Normally
Close)
(Single Pole Double Through ).
(Double Pole
Single Through) (Double Pole Double Through).
SP: Single Pole
DP: Double Pole
ST: Single Through
DT: Double Through
NO: Normally Open
NC: Normally Clase
Figura 7.24 Diferentes tipos de contactos de un relé.
452
27. Sensores Industriales
Figura 7.25 Sensores todo-nada con salida mediante relé.
Figura 7.26 Sensor optoelectrónico de proximidad BERO 3RG72 11-6MC00 (cortesía de Siemens).
453
28. Autómatas programables y sistemas de automatización
Sensores todo-nada de salida electrónica
El tipo de dispositivo electrónico utilizado
La asignación de los niveles de la salida a los valores de la variable que actúa sobre el sensor
1.1.23.2
El número de terminales de salida del sensor
Sensores todo-nada de dos hilos
(N ormally Ope n) Normally Close).
454
29. Sensores Industriales
Figura 7.27 Sensor todo-nada de dos hilos.
Figura 7.28 Sensores todo-nada de dos hilos: a) Alimentado en continua; b) Alimentado en alterna.
455
30. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 7.29 Sensor inductivo de proximidad BERO 3RG40 11-7JB00 con alimentación en continua y salida
normalmente abierta (cortesía de Siemens).
Figura 7.30 Sensor inductivo de proximidad BERO 3RG40 12-0KA00 con alimentación en alterna o en
continua y salida normalmente cerrada (cortesía de Siemens).
Sensores todo-nada de tres hilos
456
31. Sensores Industriales
Figura 7.31 Sensores todo-nada de tres hilos: a) Carga conectada al positivo de la fuente de alimentación;
b) Carga conectada al negativo de la fuente de alimentación.
a)
Figura 7.32 Sensores todo-nada de tres hilos cuya salida está realizada con transistores NPN:
a) Con resistencia de carga; b) Sin resistencia de carga (colector abierto).
457
32. Autómatas programables y sistemas de automatización
Tanto los sensores implementados con transistores como se
(Normally Open)
(Normally Close).
Figura 7.33 Sensores todo-nada de tres hilos cuya salida está realizada con transistores PNP: a) Con
resistencia de carga; b) Sin resistencia de carga (colector abierto).
458
33. Sensores Industriales
Figura 7.34 Sensor de proximidad inductivo de tres hilos 3RG46 10-7GB00 realizado con un transistor
NPN (cortesía de Siemens).
Figura 7.35 Sensor de proximidad inductivo de tres hilos 3RG46 00-7AB00 realizado con un transistor
PNP (cortesía de Siemens).
Figura 7.36 Sensor todo-nada con salida de tres hilos y alimentación en alterna.
459
34. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 7.37 Sensor capacitivo de proximidad BERO 3RG16 14-0LB00 de tres hilos alimentado en alterna
(cortesía de Siemens).
Sensores todo-nada de cuatro hilos
Corriente residual
(Off-state leakage current )
Tensión residual
voltage drop)
Corriente de carga mínima
460
35. Sensores Industriales
Figura 7.38 Sensores todo-nada de cuatro hilos: a) Realizado con transistores PNP; b) Realizado con
transistores NPN.
Figura 7.39 Sensor capacitivo de proximidad BERO 3RG1630-6LC00 con dos salidas de tipo
PNP (cortesía de Siemens).
461
a)
36. Autómatas programables y sistemas de automatización
Consumo del sensor
(Power or current con-
sumption)
Figura 7.40 Sensor todo-nada de cuatro hilos que posee una salida realizada con un transistor PNP y otra
con un transistor NPN.
Figura 7.41 Sensor optoelectrónico de proximidad BERO 3RG76 00-3RH00 con dos salidas, una del tipo
PNP y otra del tipo NPN (cortesía de Siemens).
7.4.1.4 Sensores de salida temporal
462
37. Sensores Industriales
7.4.2 Características de alimentación
tensión de funcionamiento (Operating voltage) tensión de alimentación (Supply
voltage).
ondulación residual (Ripple)
consumo de corriente en vacío,
impedancia de
la fuente
impedancia de entrada
Figura 7.42 Esquema genérico de conexión entre un sensor analógico pasivo, la fuente de alimentación y la carga.
463
38. Autómatas programables y sistemas de automatización
7.4.3 Características de aislamiento
resistencia de aislamiento
tensión de ruptura rigidez dieléctrica
7.5 Características mecánicas
7.5.1 Conceptos generales
464
39. Sensores Industriales
7.5.2 Grado de protección ambiental de los sensores industriales
(Ingress Protection),
Ingress Protection)
7.6 Características de funcionamiento
7.6.1 Introducción
Static characteristics),
(Dynamic characteristics), ambientales (Environmental characteristics)
(Reliability characteristics).
error.
465
40. Autómatas programables y sistemas de automatización
Tabla 7.6 Significado de las cifras del grado de protección de acuerdo con la norma IEC 144.
error total
7.6.2 Características estáticas
466
1ª
Grado de protección
2ª
Grado de protección
0 El equipo no está protegido contra la entrada de
cuerpos sólidos externos.
0 Sin protección.
1 Protección contra la entrada de cuerpos sólidos
externos grandes (mayores de 50 mm de
diámetro).
1 Protección contra la condensación de gotas de
agua.
2 Protección contra la entrada de cuerpos sólidos
externos de tamaño medio (mayores de 12 mm
de diámetro).
2 Protección contra gotas de líquido; la caída de
gotas de líquido no tiene efectos perjudiciales si
la carcasa tiene una Inclinación de hasta 15°
desde la vertical.
3 Protección contra la entrada de cuerpos sólidos
externos mayores de 2,5 mm de diámetro.
3 Protección contra lluvia o agua en forma de lluvia,
para un ángulo menor o igual a 60º con respecto
a la vertical.
4 Protección contra la entrada de cuerpos sólidos
externos pequeños (mayores de 1 mm de
diámetro).
4 Protección contra salpicaduras de líquido en
cualquier dirección.
5 Protección contra depósitos perjudiciales de
polvo. La entrada de polvo no se evita
totalmente, pero éste no puede entrar en
cantidades suficientes como para Interferir en el
adecuado funcionamiento del equipo.
5 Protección contra chorros de agua. El agua no
produce efectos perjudiciales cuando la proyecta
un inyector en cualquier dirección bajo
condiciones especificadas.
6 Protección contra la entrada de polvo. Protección
total frente ai contacto con partes móviles situadas
dentro de la carcasa.
6 Protección contra condiciones del tipo de las de
cubierta de barco (equipos herméticos de
cubierta). El agua procedente de un fuerte oleaje
no entra en la carcasa bajo condiciones
especificadas.
7 7 Protección contra la inmersión en agua bajo
condiciones especificadas de presión y tiempo.
8 8 Protección contra la inmersión indefinida en agua
bajo condiciones especificadas de presión.
42. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 7.46 Determinación de la no linealidad de la respuesta de un sensor
7.6.2.6 Mínimo valor medible o umbral
mínimo valor medible o umbral (Threshold)
7.6.2.7 Resolución
resolución
(Resolution)
resolución infinita, resolución infinitesimal.
mínimo valor medible resolución
470
43. Sensores Industriales
7.6.2.8 Sensibilidad
(Sensitivity)
activos,
magnitud eléctrica (salida)/magnitud física (entrada),
pasivos tensión de salida afondo de escala la
tensión de alimentación. (strain
gage),
7.6.3 Características dinámicas
7.6.3.1 Introducción
7.6.3.2 Respuesta en frecuencia
(Frequency response),
7.6.3.3 Tiempo de respuesta
Response time)
471
44. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 7.47 Curvas de respuesta en frecuencia de dos sensores industriales diferentes.
Figura 7.48 Respuesta transitoria de un sensor
7.6.3.4 Tiempo de subida
(Rise time)
472
45. Sensores Industriales
7.6.3.5 Constante de tiempo
(Time constant), x,
7.6.3.6 Amortiguamiento o sobreoscilación ( V)
sensor subamortiguado (Underdamped ).
sobreamorti- guado
(Overdamped).
respuesta
transitoria.
7.6.4 Características ambientales
Environmental conditions )
7.6.4.1 Efectos térmicos
efectos térmicos
temperatura (Ambient operating temperature),
temperatura máxima
error de temperatura
(Thermal error),
deriva
térmica del cero deriva térmica de la sensibilidad,
deriva térmica del cero
473
46. Autómatas programables y sistemas de automatización
(Zero thermal drift)
(Sensítivity thermal
drift)
Salida eléctrica (% fondo de escala)
Magnitud de entrada
(% de rango)
Figura 7.49 Determinación de las derivas térmicas del cero y del fondo de escala de un sensor
7.6.4.2 Efectos de la aceleración y las vibraciones
474
47. Sensores Industriales
7.6.4.3 Efectos de la presión ambiental
error de presión ambiental,
7.6.4.4 Efectos de las perturbaciones eléctricas
errores de interferencia (interference errors)
Figura 7.50 Ejemplo de señales eléctricas con errores producidos por interferencias electromagnéticas.
7.6.3.5 Otros efectos
475
48. Autómatas programables y sistemas de automatización
efectos de montaje. error de montaje (Mounting error )
(Mounting
precautions)
7.6.5 Características de fiabilidad
(Reliability)
vida operativa o vida útil
vida de almacenamiento
la estabilidad temporal de la salida, el desplazamiento del
cero y el desplazamiento de la sensibilidad.
estabilidad temporal de la salida
desplazamiento del cero
476
49. Sensores Industriales
desplazamiento de sensibilidad
7.7 Sensores industriales de aplicación general en
procesos de fabricación
7.7.1 Introducción
(Manufacturing processes)
7.7.2 Sensores detectores de objetos
7.7.2.1 Introducción
477
50. 478
Autómatas programables y sistemas de automatización
Tabla
7.7
Mapa
conceptual
de
los
sensores
detectores
de
objetos
52. Autómatas programables y sistemas de automatización
(Limit switches or position switches)
(Microswitches).
7.7.2.2.2 Finales de carrera
7.7.2.2.2.1 Introducción
(Limit
switches)
480
53. Sensores Industriales
Figura 7.51 Fotografía de diversos sensores de final de carrera (cortesía de Siemens).
7.7.2.2.2.2 Elementos de un final de carrera
Actuador
Actuadores de movimiento rectilíneo o lineales
481
54. Autómatas programables y sistemas de automatización
Actuadores lineales de émbolo
Actuadores lineales de rodillo
Figura 7.52 Actuador de émbolo Figura 7.53 Actuador de rodillo
(cortesía de Siemens) (cortesía de Siemens)
Figura 7.54 Actuador de palanca con rodillo, (cortesía de Siemens).
Actuadores de movimiento circular
Actuador circular de palanca con rodillo fijo
Actuador circular de tipo varilla ajustable
Actuador circular con dos rodillos fijos
Actuadores de movimiento espacial
Cabeza
482
55. Sensores Industriales
Figura 7.55 Actuador circular de palanca de
rodillo fijo (cortesía de
Siemens).
Figura 7.56 Actuador circular de palanca
de rodillo ajustable (cortesía
de Siemens).
Figura 7.57 Actuador circular de tipo
varilla ajustable (cortesía de
Siemens).
Figura 7.58 Actuador circular con dos
rodillos fijos (cortesía de
Siemens).
Mecanismo
Caja
Salida
Taladros de sujeción
483
56. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 7. 59 Actuador de varilla elástica (cortesía de Siemens).
7.7.2.2.2.3 Modo de operación
Figura 7.60 Relación fuerza-desplazamiento de un final de carrera.
484
57. Sensores Industriales
Fuerza total FT (Total force)
Fuerza de actuación FA (Operation force)
Fuerza de desactivación o retorno FR (Return force)
Posición libre PL (Free position)
Posición de desactivación o retorno PR (Return position)
Posición de operación o activación PO (Operating position)
Posición final PF (Total travel position)
Histéresis o desplazamiento diferencial DD (Differential movement)
Desplazamiento o carrera antes de la activación DAA
(PO).
Desplazamiento o carrera después de la activación DDA
(PF).
Desplazamiento o carrera total DT
(PL)
(PF).
Trabajo antes de la activación TAA
(PO).
485
58. Autómatas programables y sistemas de automatización
Trabajo después de la activación TDA
PO) PF).
Trabajo total TT
7.7.2.2.2.4 Contactos eléctricos
Single Pole
single Through) [Normally open
Normally close
[Double
through
7.7.2.2.2.5 Características técnicas
Características eléctricas
Tensión máxima de conmutación
486
59. Sensores Industriales
Corriente de pico máxima en régimen estático
Corriente máxima de conmutación
Resistencia del contacto
Frecuencia de operación
Resistencia de aislamiento
Rigidez dieléctrica
487
60. Autómatas programables y sistemas de automatización
Características mecánicas
Resistencia a las vibraciones
Resistencia a los golpes
Peso
Dimensiones
488
61. Sensores Industriales
Velocidad de actuación
Frecuencia de actuación
Fuerza de operación
Fuerza total
Carrera total
PL)
PF).
Características de fiabilidad
Vida útil eléctrica
Vida útil mecánica
489
62. Autómatas programables y sistemas de automatización
Características ambientales
Temperatura ambiente
Humedad ambiente
Grado de protección ambiental o sellado
7.7.2.2.2.6 Criterios de selección de los finales de carrera
Criterios eléctricos
.
Resistivas de valor constante
490
63. Sensores Industriales
Resistivas de tipo filamento
Rush current)
Inductivas estáticas
Inductivas tipo motor
los la nominal
Criterios mecánicos
491
64. Autómatas programables y sistemas de automatización
Criterios ambientales
7.7.2.2.3 Microrruptores
492
66. Autómatas programables y sistemas de automatización
Detección de presencia de objetos
Detección de piezas en movimiento
Detección de órdenes manuales
7.7.2.3 Sensores de proximidad sin contacto
7.7.2.3.1 Conceptos generales
(Proximity sensors)
494
67. Sensores industriales
Salida NO Salida NC
Presencia
de objeto
Ausencia
de objeto
Presencia
de objeto
Ausencia
de objeto
S = 0V S = +V S = +V S = 0V
I > 0 I = 0 I = 0 I > 0
a) b)
Figura 7.62 Funcionamiento de la salida con transistor NPN de un sensor de proximidad sin
contacto de tres hilos: a) Esquema del circuito; b) Descripción del comportamiento.
Salida NO Salida NC
Presencia
de objeto
Ausencia
de objeto
Presencia
de objeto
Ausencia
de objeto
S = +V S = 0V s = 0V S = +V
I > 0 I = 0 I = 0 I > 0
a) b)
Figura 7.63 Funcionamiento de la salida con transistor PNP de un sensor de proximidad sin
contacto de tres hilos: a) Esquema del circuito; b) Descripción del comportamiento.
7.7.2.3.2 Símbolos normalizados
495
68. Autómatas programables y sistemas de automatización
COLOR ABREVIATURA
Tabla 7.8 Códigos de colores de los cables de los sensores detectores de objetos sin contacto.
Figura 7.64 Símbolo lógico normalizado básico de los sensores todo/nada sin contacto.
Letra Tipo de sensor
Tabla 7.9 Letra asignada a los diferentes tipos de sensores detectores de objetos en la
norma UNE EN 60947-5-2.
496
69. Sensores Industriales
Símbolos de los sensores de proximidad de dos hilos
Sensores de proximidad no polarizados de dos hilos
Sensores de proximidad polarizados de dos hilos
Figura 7.65 Símbolo de un sensor inductivo no polarizado de dos hilos con terminales de salida:
a) Salida normalmente abierta (NO) indicada con los números de los terminales: b)
Salida normalmente cerrada (NC) indicada con las letras del color del cable.
497
70. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 7.66 Símbolo de un sensor capacitivo polarizado de dos hilos con salida equivalente a un contacto
normalmente abierto; a) Indicada con números; b) Indicada con letras.
Símbolos de los sensores de proximidad de tres hilos
Sensores de proximidad no polarizados de tres hilos
Figura 7.67 Símbolo de un sensor inductivo no polarizado de tres hilos indicados con los números de sus
terminales: a) Con salida equivalente a un contacto normalmente abierto; b) Con salida
equivalente a un contacto normalmente cerrado.
Sensores de proximidad polarizados de tres hilos
Figura 7.68 Símbolo de un sensor capacitivo polarizado de tres hilos implementado con un transistor PNP
y equivalente a un contacto NO: a) Indicado con ¡as letras de los cables; b) Indicado con
los números de los terminales.
498
71. Sensores Industriales
b)
Figura 7.69 Símbolo de un sensor capacitivo polarizado de tres hilos implementado con un
transistor PNP y equivalente a un contacto NC: a) Indicado con letras; b) Indicado con
números.
b)
Figura 7.70 Símbolo de im sensor inductivo polarizado de tres hilos implementado con un transistor NPN
equivalente a un contacto NO: a) Indicado con números; b) Indicado con letras.
b)
Figura 7.71 Símbolo de un sensor inductivo polarizado de tres hilos implementado con un transistor NPN
y equivalente a un contacto NC: a) Indicado con números; b) Indicado con letras.
499
72. Autómatas programables y sistemas de automatización
Símbolos de los sensores de proximidad de cuatro hilos
Figura 7.72 Símbolo de un sensor inductivo polarizado de cuatro hilos implementado con transistores
PNP: a) Indicado con números; b) Indicado con letras.
7.7.2.3.3 Sensores optoelectrónicos de proximidad
7.7.2.3.3.1 Introducción
(Photoelectric Switches or photocells),
(Optoelectronic detectors), Optical proximity
sensors) (Proximity photoelectric detec -
tors).
Sensores
optoelectrónicos
Tabla 7.10 Clasificación de los sensores optoelectrónicos detectores de objetos.
500
73. Sensores Industriales
Fotocélulas de barrera de luz (Through-beam photocells)
Fotocélulas de reflexión (Reflex photocells)
(Retroreflective photocell).
Figura 7.73 Ejemplo de símbolo de una fotocélula de cuatro hilos (cortesía de Siemens).
501
74. Autómatas programables y sistemas de automatización
Tipo de
transistor de
salida
Tipo de
salida
Activación de
la salida
Presencia de
objeto
Ausencia de
objeto
NO Con luz
S = 0V I = 0 S = +V
I > 0
PNP En oscuridad S = +V
I > 0
S = 0V 1 = 0
NC
Con luz En
oscuridad
S = +V I>0
S = 0V I =
0
S = 0V I =
0 S = +V
I > 0
NPN NO
Con luz En
oscuridad
S = +V I = 0
S = 0V I > 0
S = 0V
I > 0
S = +V I =
0
NC Con luz
S = 0V I >
0
S = +V I =
0
En oscuridad
S = +V I = 0 S = 0V I>0
Tabla 7.11 Descripción del comportamiento de los sensores de barrera de luz y de reflexión sobre
espejo que tienen salida de tres hilos.
Tipo de
transistor de
salida
Tipo de
salida
Activación de
la salida
Presencia de
objeto
Ausencia
de objeto
PNP NO
Con luz En
oscuridad
S = +V
I > 0
S = 0V I =
0
S = 0V
I = 0 S
= +V I
> 0
NC
Con luz En
oscuridad
S = 0V I =
0 S = +V
I > 0
S = +V
I > 0 S
= 0V I
= 0
NO Con luz S = 0V
I > 0
S = +V
I = 0
NPN En oscuridad
S = +V I =
0
S = 0V
I > 0
NC
Con luz En
oscuridad
S = +V I =
0 S = 0V
I > 0
S = 0V
I > 0 S
= +V I
= 0
Tabla 7.12 Descripción del comportamiento de los sensores de reflexión sobre objeto que tienen salida
de tres hilos.
502
75. Sensores Industriales
7.7.2.3.3.2 Características constructivas de las fotocélulas
Figura 7.74 Estructura general de una fotocélula de barrera de luz.
Elementos del emisor
Circuito del emisor
Fuente de luz
(IR-LED)
Light Emitting Diode),
Lente del emisor
503
76. Autómatas programables y sistemas de automatización
Diafragma del emisor
Elementos del receptor
Lente del receptor
Figura 7.75 Efecto de la desviación del ángulo de incidencia de la luz con relación al eje óptico del
receptor.
Elemento fotosensible
Photo-
diode), (Photransistor), (Photodarlington),
Light Activa-
ted Silicon Controlled Rectifier).
Light Dependent Resistor).
Circuito del receptor
Diafragma del receptor
504
77. Sensores Industriales
Filtro óptico
7.7.2.3.3.3 Características técnicas de las fotocélulas
Histéresis
(H y s t e r e s i s )
Figura 7.76 Histéresis de una fotocélula cuando el objeto se mueve en dirección axial.
Figura 7.77 Histéresis de una fotocélula cuando el objeto se mueve transversalmente.
505
78. Autómatas programables y sistemas de automatización
Desalineación angular
a
Distancia X (m)
Figura 7.78 Angulo direccional: a) Desalineación angular entre el emisor y el receptor; b) Relación
entre el máximo ángulo de desalineación angular admisible y la distancia.
506
79. Sensores industriales
Exceso de ganancia
(Excess gain)
Figura 7.79 Relación entre el exceso de ganancia y la distancia máxima de detección.
507
80. Autómatas programables y sistemas de automatización
Iluminación ambiental
Activación de la salida
Figura 7.80 Modos de operación de una fotocélula según la salida se active con luz o en
oscuridad.
Entrada de autodiagnóstico
Funciones de temporización
508
81. Sensores industriales
Indicadores luminosos
(LED),
Indicador de detección
Indicador de operación
Indicador de estabilidad
7.7.2.3.3.4 Sensores optoelectrónicos de barrera de luz
Introducción
Through-beam optical sensors )
(Through-beam photocells)
Mediante un emisor un receptor unidos por una carcasa que los soporta mecánicamente.
(Grooved head)
Mediante un emisor un receptor separados físicamente.
509
82. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 7.81 Funcionamiento de un sensor optoelectrónico de barrera.
b)
Figura 7.82 Barrera de luz en herradura: a) Diagrama de bloques; b) Fotografía (cortesía de
Siemens).
Figura 7.83 Fotocélula de tipo barrera de luz modelo PXO200 M18 (cortesía de Siemens).
510
83. Sensores Industriales
Campo de trabajo
Figura 7.84 Campo de trabajo de la fotocélula de barrera de luz.
Figura 7.85 Campo de trabajo de la fotocélula PXO200M18 de la familia Bero en configuración
barrera de luz (cortesía de Siemens).
511
84. Autómatas programables y sistemas de automatización
S a
Figura 7.86 Reducción del campo de trabajo de una fotocélula de barrera de luz de emisor y
receptor separados físicamente.
Normas de instalación
Superficies reflectantes
Figura 7.87 Malfuncionamiento de una fotocélula de barrera de luz debido a una superficie reflectante.
512
85. Sensores Industriales
Interferencias mutuas
Figura 7.88 Malfuncionamiento de una fotocélula de barrera de luz debido a las interferencias mutuas.
Figura 7.89 Eliminación del malfuncionamiento de una fotocélula de barrera de luz debido a las
interferencias mutuas, mediante el intercambio del emisor y el receptor
Ambiente sucio
513
86. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 7.90 Efecto de la suciedad: a) En el emisor; b) En el receptor.
7.7.2.3.3.5 Sensores optoelectrónicos de proximidad de reflexión sobre espejo
Introducción
(Retroreflective optical sensors)
Figura 7.91 Funcionamiento de una fotocélula de reflexión sobre espejo.
Figura 7.92 Fotocélula de reflexión sobre espejo PX0400 K31 (cortesía de Siemens).
514
87. Sensores Industriales
Campo de trabajo
Figura 7.93 Campo de trabajo de una fotocélula de reflexión sobre espejo.
Figura 7.94 Campo de trabajo de las fotocélulas de reflexión sobre espejo PX0400 K31 y K30
(cortesía de Siemens).
515
88. Autómatas programables y sistemas de automatización
Espejos retrorreflectores
Figura 7.95 Efecto de un espejo retroreflector liso.
Figura 7.96 Espejo retrorreflector formado por un conjunto de triedros de caras reflectantes, que
forman ángulos de 90° entre ellas.
516
89. Sensores Industriales
Figura 7.97 Distintos tamaños de los triedros de un espejo y su efecto.
Figura 7.98 Distintos tipos de espejos (cortesía de Siemens).
517
90. Autómatas programables y sistemas de automatización
Funcionamiento con luz polarizada
Figura 7.99 Funcionamiento de la fotocélula de luz polarizada: a) El espejo retrorreflector abate el plano de
polarización del haz; b) El objeto no abate el plano de polarización.
518
91. Sensores Industriales
Normas de instalación
Figura 7.100 Efecto de la inclinación del objeto con respecto al eje óptico de la fotocélula.
7.7.2.3.3.6 Sensores optoelectrónicos de reflexión sobre objeto
Introducción
Fotocélulas de reflexión difusa. Modo de operación y campo de trabajo
Diffuse Reflective Sensors)
7.101)
7.102.
519
92. Autómatas programables y sistemas de automatización
( t a r g e t )
Figura 7.101 Funcionamiento de una fotocélula de reflexión difusa sobre objeto.
Figura 7.102 Campo de trabajo con zona muerta.
Figura 7.103 Campo de trabajo de una fotocélula que carece de zona muerta.
520
93. Sensores industriales
Figura 7.104 Campo de trabajo de la fotocélula de reflexión difusa sobre objeto PX0600
(cortesía de Siemens).
Figura 7.105 Fotocélula de reflexión difusa sobre objeto PX0560 (cortesía de Siemens).
Fotocélulas de reflexión definida. Modo de operación y campo de trabajo
(Definite reflective sensors)
521
94. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 7.106 Principio de funcionamiento de una fotocélula de reflexión definida.
Figura 7.107 Funcionamiento de una fotocélula de reflexión definida.
522
95. Sensores Industriales
Mediante la variación del eje óptico
Mediante la variación del campo de emisión-recepción
Figura 7.108 Campo de trabajo de una fotocélula de reflexión definida.
Figura 7.109 Modificación del campo de trabajo de una célula de reflexión definida, mediante variación del
eje óptico.
523
96. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 7.110 Modificación del campo de trabajo de una célula de reflexión definida, mediante
variación del campo de emisión-recepción.
Sensores de marcas
Figura 7.111 Fotocélula de reflexión definida que detecta marcas de colores: a) Representación del
funcionamiento; b) Representación gráfica de ¡a influencia del color de las marcas.
524
97. Sensores Industriales
7.7.2.3.3.7 Fotocélulas de fibra óptica
Introducción
Optical fiber)
(Core),
cladding)
(Jacket)
Figura 7.112 Modo de operación de una fibra óptica.
Modos de operación de las fibras ópticas
(Refraction Index) n
v
525
98. Autómatas programables y sistemas de automatización
n
Fibras de salto de índice o índice en escalón
Fibras de índice gradual
Figura 7.114 Perfiles de fibras ópticas.
526
Figura 7.113 Transmisión de la luz a través de una fibra óptica.
99. Sensores Industriales
Fibras multimodo de salto de índice
Fibras monomodo de salto de índice
Fibras multimodo de índice gradual
Sensores optoelectrónicos de fibra óptica
(Fiberoptic sensors)
Sensores extrínsecos o de modulación externa
Sensores intrínsecos o de modulación interna
Sensores evanescentes
Implementación de las fotocélulas de fibra óptica
527
100. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 7.115 Fotocélula de fibra óptica.
Figura 7.116 Fibra óptica para barrera de luz (cortesía de Siemens).
Figura 7.117 Fibra óptica para fotocélula reflex (cortesía de Siemens).
528
101. Sensores Industriales
Figura 7.118 Fotocélula para fibras ópticas PX0840 LV70 (cortesía de Siemens).
7.7.2.3.4 Sensores magnéticos de proximidad
Figura 7.119 Funcionamiento de un sensor de proximidad magnético: a) Sin aplicar un campo magnético;
b) Al aplicar un campo magnético.
529
102. Autómatas programables y sistemas de automatización
7.7.2.3.5 Sensores inductivos de proximidad
7.7.2.3.5.1 Conceptos generales
(Inductive proximity detectors)
B)
Figura 7.120 Campo magnético creado por un imán.
Figura 7.121 Comportamiento de diferentes tipos de materiales ante un campo magnético: a) Material
ferromagnético; b) Material paramagnético; c) Material diamagnético.
530
103. Sensores Industriales
I
L
N l A
Figura 7.122 Corrientes de Foucault producidas por un campo magnético.
Figura 7.123 Diagrama de bloques de un sensor de proximidad inductivo.
531
104. Autómatas programables y sistemas de automatización
L
L.
Figura 7.124 Comportamiento de un sensor de proximidad inductivo: a) Modificación del campo
magnético al acercarse un objeto; b) Respuesta del circuito oscilador
532
105. Sensores Industriales
7.7.2.3.5.2 Tipos de sensores inductivos de proximidad
Figura 7.125 Sensor inductivo cilíndrico 3RG4014 (cortesía de Siemens).
Figura 7.126 Sensor inductivo de sección cuadrada (cúbico) 3RG4648 (cortesía de Siemens).
533
106. Autómatas programables y sistemas de automatización
Sensores enrasables
(Shielded)
Sensores no enrasables
(unshielded),
Figura 7.127 Flujo magnético generado por un sensor de proximidad inductivo enrasable.
Figura 7.128 Sensor de proximidad inductivo enrasable 3RG4014 (cortesía de Siemens).
534
107. Sensores Industriales
Figura 7.129 Flujo magnético generado por un sensor de proximidad inductivo no enrasable.
Figura 7.130 Sensor de proximidad inductivo no enrasable 3RG4024 (cortesía de Siemens).
7.7,2.3.5.3 Campo de trabajo
(Sensing range)
535
108. Autómatas programables y sistemas de automatización
(Sensing dis tan ce)
(T ar get)
Figura 7.131 Campo de trabajo de un sensor de proximidad inductivo (cortesía de Siemens).
536
109. Sensores Industriales
Reducción del
objeto
Factor de corrección
Sensor enrasable Sensor no enrasable
Tabla 7.13 Factores de corrección de los sensores de proximidad inductivos para diferentes
reducciones del tamaño en relación con el objeto patrón.
Tamaño del objeto d (mm)
Figura 7.132 Relación entre el tamaño del objeto y la distancia nominal de detección para distintos
materiales.
537
110. Autómatas programables y sistemas de automatización
skin e f f e c t )
Figura 7.133 Relación entre el factor de corrección que se debe aplicar a la distancia nominal de
detección de un sensor de proximidad inductivo y el espesor del objeto para
diferentes tipos de materiales.
Material Factor de corrección
Enrasable No enrasable
Tabla 7.14 Factores de corrección de los sensores de proximidad inductivos según el tipo de
material del objeto.
Sn(Material) =Sn (Acero...ST...37) * Factor(Material)
538
111. Sensores Industriales
7.7.2.3.5.4 Características técnicas
Distancia de detección
Sensing distance),
La distancia de detección real (Effactive operating distance)
La distancia de detección útil (Useful switching distance)
La distancia de detección de trabajo (Guaranteed operating distance)
Velocidad del objeto
v
l + l l + l
< v
f v f
539
112. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 7.134 Factores que influyen en la máxima velocidad a ¡a que se puede mover un objeto
metálico para ser detectado por un sensor inductivo de proximidad.
Distancia mínima entre dos objetos consecutivos
540
113. Sensores Industriales
Figura 7.135 Campo electromagnético real creado por la bobina de un sensor inductivo de
proximidad.
Figura 7.136 Situación en la que un objeto no ha salido de la zona de detección inestable cuando el
siguiente ya está entrando en ella.
Figura 7.137 Retardo a la desactivación de la salida de un sensor inductivo de proximidad.
Figura 7.138 Distancia mínima que debe haber entre dos objetos consecutivos que deben ser
detectados por im sensor inductivo de proximidad.
541
114. Autómatas programables y sistemas de automatización
Histéresis
Figura 7.139 Histéresis en la activación y desactivación de la salida de un sensor inductivo de
proximidad.
y (mm)
X (mm)
Figura 7.140 Representación gráfica de la histéresis de un sensor inductivo de proximidad.
542
115. Sensores Industriales
Figura 7.141 Distancias de detección de un sensor inductivo de proximidad.
Frecuencia de conmutación
x
la debe ser el el saliente. El
utilizado
por los para
Figura 7.142 Sistema utilizado por los fabricantes para determinar la frecuencia de conmutación
de un sensor inductivo de proximidad.
543
116. Autómatas programables y sistemas de automatización
7.7.2.3.5.5 Normas de instalación
Interferencias mutuas
Figura 7.143 Distancia de separación mínima entre dos sensores de proximidad inductivos: a)
Cuando los sensores están enfrentados; b) Cuando los sensores están colocados
lateralmente.
544
117. Sensores Industriales
Metales circundantes
Figura 7.144 Distancias mínimas a ¡as que debe estar una superficie metálica circundante de un sensor
inductivo de proximidad no enrasable.
Interferencias electromagnéticas
7.7.2.3.6 Sensores capacitivos de proximidad
7.7.2.3.6.1 Conceptos generales
Capacitive proximity sensors)
C
A A
C = = 0 r·
d d
545
118. Autómatas programables y sistemas de automatización
A d
Figura 7.145 Condensador de placas concéntricas.
Figura 7.146 Campo eléctrico entre las caras de un condensador de placas concéntricas.
Figura 7.147 Efecto producido por un objeto que penetra en el campo eléctrico creado por el
condensador abierto.
546
119. Sensores Industriales
Figura 7.148 Diagrama de bloques de un sensor capacitivo de proximidad en el que se indican las
diferentes capacidades que intervienen en el proceso de detección de un objeto.
Figura 7.149 Diagrama de bloques completo de un sensor capacitivo de proximidad.
547
120. Autómatas programables y sistemas de automatización
b)
Figura 7.150 Funcionamiento de un sensor capacitivo de proximidad: a) Evolución de la distancia entre
el objeto y el sensor; b) Señal generada por el oscilador que forma parte del circuito de
acondicionamiento del sensor
7.7.2.3.6.2 Tipos de sensores capacitivos de proximidad
Sensores enrasables
548
121. Sensores Industriales
a)
b
)
Figura 7.151 Sensor capacitivo de proximidad: a) Forma física y situación del objeto; b) Foto
grafía de diversos sensores capacitivos de proximidad (cortesía de Siemens).
549
122. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 7.152 Sensor capacitivo de proximidad enrasable.
Figura 7.153 Sensor capacitivo de proximidad no enrasable.
7.7.2.3.6.3 Campo de trabajo
550
123. Sensores Industriales
Objeto metálico flotante
Objeto metálico conectado a masa
Figura 7.154 Campo de trabajo del sensor capacitivo de proximidad PXC200 M30 (cortesía de
Siemens).
Figura 7.155 Condensadores que intervienen en el circuito de un sensor capacitivo de proximidad
cuando el objeto es metálico y está aislado.
551
124. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 7.156 Condensadores que intervienen en el circuito de un sensor capacitivo de proximidad
cuando el objeto es metálico y está conectado a masa.
Objeto aislante (no conductor)
Figura 7.157 Condensadores que intervienen en el circuito de un sensor capacitivo de proximidad
cuando el objeto es aislante.
r
r r
552
126. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 7.158 Relación entre la permitividad relativa y la distancia de detección real en % de la
distancia real de detección que se consigue con el objeto patrón.
Material Factor
,
Tabla 7.16 Factores de corrección de los sensores capacitivos de proximidad según el tipo de
material.
7.7.2.3.6.4 Características técnicas
Distancia de detección
554
127. Sensores Industriales
Sn(Material) = Sn(AceroST37) Factor (Material)
7.7.2.3.6.5 Normas de instalación
Interferencias mutuas
d
Figura 7.159 Distancia de separación mínima entre dos sensores capacitivos de proximidad: a)
Cuando los sensores están enfrentados; b) Cuando los sensores están colocados
lateralmente.
555
128. Autómatas programables y sistemas de automatización
d
d
d
Objetos circundantes
Figura 7.160 Distancia mínima a la que debe situarse un objeto que está cerca de un sensor
capacitivo de proximidad.
7.7.2.3.7 Sensores ultrasónicos de proximidad
7.7.2.3.7.1 Introducción
(Ultrasonic proximity sensors)
(Sonar proximity switches)
556
129. Sensores Industriales
Figura 7.161 Diversos sensores de proximidad de ultrasonidos (cortesía de Siemens).
Figura 7.162 Sensor de ultrasonidos configurable mediante un computador personal.
7.7.2.3.7.2 Ultrasonidos
(ultrasonic waves)
Figura 7.163 Espectro de las señales acústicas.
557
130. Autómatas programables y sistemas de automatización
Generación de los ultrasonidos
(Piezoelectric effect)
558
131. Sensores Industriales
Si+
Figura 7.164 Comportamiento del material piezoeléctrico: a) Cuando no se le aplica una fuerza; b)
Cuando se le aplica una fuerza.
Figura 7.165 Estructura de un elemento sensor piezoeléctrico que puede funcionar como emisor o como
receptor de ultrasonidos.
559
133. Sensores Industriales
Figura 7.167 Haz de ultrasonidos representado en tres dimensiones (3D).
Figura 7.168 Diagrama de directividad de un haz ultrasónico.
561
134. Autómatas programables y sistemas de automatización
Velocidad del ultrasonido
E
B p
K P T
R
K
K
T
,6m/seg,
562
135. Sensores Industriales
Gas Velocidad [m/s]
Tabla 7.17 Velocidad del sonido para diferentes tipos de gases.
Figura 7.169 Variación de la velocidad del sonido en el aire con la temperatura.
563
136. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 7.170 Variación de la velocidad del sonido en el aire en función de la humedad relativa y la
temperatura.
Atenuación del sonido en ei aire
P
Atenuación por absorción
P
PS = P0 · e-
P0 d
564
137. Sensores Industriales
f f
f
f f
Figura 7.171 Valor del coeficiente de atenuación de los aultrasonidos en función de la
frecuencia: a) Con humedad relativa del aire del 10%; b) Con humedad
relativa del aire del 40%: c) Con humedad relativa del aire del 80%.
Atenuación por expansión del haz sónico
Pi di
d
Pi di
Pi dB = 20· log(p)
565
138. Autómatas programables y sistemas de automatización
a PS,
d
Reflexión de los ultrasonidos
p
c:
Z = c
Iv:
Ir:
It:
Ruido de fondo
7.7.2.3.7.3 Sensores ultrasónicos de barrera
Through-beam ultrasonic
sensor)
566
139. Sensores Industriales
Figura 1.172 Modo de operación de un sensor ultrasónico de barrera.
Figura 7.173 Sensor de barrera ultrasónica tipo 3RG6243 (cortesía de Siemens).
Figura 7.174 Rango de operación del sensor 3RG6243 con el emisor y el receptor
alineados
567
140. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 7.175 Rango de operación del sensor 3RG6243 con el emisor y el receptor desalineados
(cortesía de Siemens).
7.7.2.3.7.4 Sensores ultrasónicos detectores de eco
Ultrasonic distance measurement sensors),
Figura 7.176 Descripción del funcionamiento de un sensor de ultrasonidos de tipo eco. a) Emisión y
recepción del haz ultrasónico; b) Señal generada por el emisor y señal recibida por el
receptor
568
142. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 7.178 Campo de trabajo de un sensor ultrasónico.
Influencia del objeto
Figura 7.179 Reflexión de una señal ultrasónica sobre una gran superficie plana.
570
144. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 7.180 Efecto de la inclinación de un objeto liso sobre una señal ultrasónica.
Figura 7.181 Efecto de la inclinación de un objeto muy rugoso sobre una señal ultrasónica.
572
145. Sensores Industriales
Figura 7.182 Influencia del tamaño del objeto y del tipo de material del mismo en la
distancia de detección.
Influencia de la temperatura
e
573
146. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 7.183 Campo de trabajo de un sensor ultrasónico de la familia Bero cuya distancia nominal de
detección está comprendida entre 5y 37 cm, utilizado en una aplicación en la que el objeto
es plano y está colocado perpendicularmente a la línea que lo une con el sensor (cortesía
de Siemens).
Figura 7.184 Campo de trabajo de un sensor ultrasónico de la familia Bero cuya distancia nominal de
detección está comprendida entre 5 y 37 cm, utilizado en una aplicación en la que el
objeto es plano y está colocado perpendicularmente al eje del cono de emisión del sensor
(cortesía de Siemens).
574
147. Sensores Industriales
Figura 7.185 Campo de trabajo de un sensor ultrasónico de la familia Bero cuya distancia nominal de
detección está comprendida entre 10 y 110 cm, utilizado en una aplicación en la que el
objeto es plano y está colocado perpendicularmente a la línea que lo une con el sensor
(cortesía de Siemens).
Figura 7.186 Campo de trabajo de un sensor ultrasónico de la familia Bero cuya distancia nominal de
detección está comprendida entre 10 y 110 cm, utilizado en una aplicación en la que el
objeto es plano y está colocado perpendicularmente al eje del cono de emisión del sensor
(cortesía de Siemens).
575
148. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 7.187 Campo de trabajo de un sensor ultrasónico de la familia Bero cuya distancia nominal de
detección está comprendida entre y cm, utilizado en una aplicación en la que el
objeto es cilíndrico (cortesía de Siemens).
Figura 7.188 Campo de trabajo de un sensor ultrasónico de la familia Bero cuya distancia nominal de
detección está comprendida entre 10 y 110 cm, utilizado en una aplicación en la que el
objeto es cilíndrico (cortesía de Siemens).
576
149. Sensores Industriales
Figura 7.189 Sensores ultrasónicos con circuito de compensación de temperatura (cortesía de Siemens)
Influencia de las condiciones ambientales
Presión atmosférica
Humedad del aire
. .
Tipos de gases
Corrientes de aire
577
150. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 190 Influencia de la temperatura del objeto en la transmisión de los ultrasonidos:
a) Objeto frío; b) Objeto caliente y sensor sobre él en la misma vertical; c) Objeto caliente y
sensor situado lateralmente.
Precipitaciones atmosféricas
Neblinas de pintura humos
Sonido ambiental
Características técnicas
Resolución
Frecuencia del tren de impulsos
A
578
152. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 7.191 Distancia mínima X entre sensores ultrasónicos situados con sus respectivos haces
paralelos: a) Representación gráfica; b) Valor de X en función del campo de trabajo.
Figura 7.192 Influencia de la inclinación del objeto en la distancia X a la que hay que situar dos
sensores ultrasónicos que tienen sus respectivos haces paralelos.
580
153. Sensores Industriales
Figura 7.193 Distancia mínima X entre sensores ultrasónicos situados uno frente al otro: a) Representación
gráfica: b) Valor de X en función del campo de trabajo.
X
Figura 7.194 Distancia mínima X entre un sensor ultrasónico y una superficie lisa próxima al mismo:
a) Representación gráfica; b) Valor de X en función del campo de trabajo.
581
154. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 7.195 Distancia mínima X entre un sensor ultrasónico y dos superficies lisas próximas al mismo: a)
Representación gráfica; b) Valor de X en función del campo de trabajo.
Presencia de objetos perturbadores
Existencia de obstáculos
Figura 7.196 Utilización de un diafragma perforado para evitar la influencia de un objeto perturbador
582
155. Sensores Industriales
Figura 7.197 Desviación del haz ultrasónico mediante reflectores planos o ligeramente cóncavos, para detectar
objetos situados a la vuelta de una esquina.
7.7.2.4 Sensores de medida de distancias
7.7.2.4.1 Introducción
7.7.2.4.2 Codificadores optoelectrónicos de posición
Position encoders)
7.7.2.4.2.1 Codificadores absolutos de posición
(Absolute position encoders)
n
583
156. Autómatas programables y sistemas de automatización
n,
Figura7.198 Codificador absoluto de posición: a) Acoplamiento a un sistema mecánico; b) Vista frontal
del disco codificador
Figura 7.199 Codificador optoelectrónico absoluto de posición P NCOl XX 00755P (Cortesía
de Siemens).
584
157. Sensores Industriales
7.7.2.4.2.2 Codificadores incrementales de posición
(incremental positíon encoders)
Unidireccionales
n
Figura 7.200 Codificador incremental de posición unidireccional: a) Disco codificador: b) Señales
generadas por los detectores de luz.
Bidireccionales
585
158. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 7.201 Codificador incremental de posición bidireccional: a) Acoplamiento a un sistema
mecánico: b) Vista frontal del disco codificador.
Figura 7.202 Codificador incremental de posición bidireccional: a) Señales generadas por los detectores de luz
cuando gira hacia la izquierda: b) Señales generadas por los detectores de luz cuando gira hacia
la derecha.
7.7.2 .4.3 Transformador diferencial variable lineal
(Linear Voltage Di -
fferential Transformer)
586
159. Sensores Industriales
Figura 7.203 Transformador diferencial variable lineal (LVDT): a) Elementos que lo constituyen; b)
Curva característica de la tensión VAB con respecto al desplazamiento.
587
160. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 7.204 Diagrama de bloques de un sensor LVDT.
Bibliografía
UNE EN 6094 7-5-2: Aparamenta de baja tensión. Parte 5: Aparatos y
elementos de conmutación para circuitos de mando. Sección 2: Detectores de
proximidad.
automate. Architecture generale du systéme.
Industrial Control Electronics. Devices, Systems & Applications.
Capacitive Sensors. Design and Applications. IEEE
Handbook of Chemistry & Physics.
Handbook of Modern Sensors.
Interbus-S: Una herramienta de comunicación muy flexible.
Manual de prácticas de Electrónica
Digital. Cap. 6. Tecnologías electrónicas digitales.
Microcontroladores
Pie. Sistema integrado para el autoaprendizaje.
Sistemas Electrónicos Digitales.
588
161. Sensores Industriales
CAN bus Ics many mechanics with electronic supervisión and control.
Principies of Measurement and Instrumentation.
Sensores y acondicionadores de señal.
Sensor andsignal conditioning.
Instrumentación electrónica.
Sensors handbook.
PROFIBUS & AS-Interface. Fieldbus components.
Basic of sensors.
Semiconductor sensors.
Sensor Technology handbook.
Field bus status 1995.
589
163. Autómatas programables y sistemas de automatización
CADtools
Human Machine Interface
8.2 Interfax de conexión con el proceso
8.2.1 Introducción
Tabla 8.1.
Interfaces de aplicación general
General purpose interfaces
592
Interfaces de
conexión con
el proceso
la función
que realiza
Interfaces de
aplicación general
Interfaces de
aplicación específica
Interfaces de variables
todo-nada
Interfaces de variables
analógicas
autómata programable
Interfaces de entrada/salida
concentrada o local
Interfaces de entrada/salida
remota
164. Interfaces de entrada y salida
Interfaces de aplicación específica
Application specific interfaces
Encoders
Interfaces de entrada/salida concentrada o local
Figura 8.1.
Interfaces de entrada/salida remota
593
165. Autómatas programables y sistemas de automatización
Field bus
Figura 8.2.
8.2.2 Interfaces de conexión con el proceso de aplicación general
8.2.2.1 Introducción
On-Off Analog
8.2.2.1.1 Interfaces de variables todo-nada
594
166. Interfaces de entrada y salida
[Direct
current (DC)] O [Alternate Current (
A
C
)
]
.
Tabla 8.2.
(On-Off)
Sin aislamiento galvánico
Con aislamiento galvánico
595
CLASIFICACION DE LOS CIRCUITOS DE INTERFAZ
TODO-NADA
167. Autómatas programables y sistemas de automatización
Tabla 8.3.
Tabla 8.4.
8.2.2.1.2 Interfaces de variables analógicas
596
INTERFACES DE ENTRADA TODO-NADA
INTERFACES DE SALIDA TODO-NADA
168. Interfaces de entrada y salida
Variables analógicas de tensión
Figura 8.3.
Variables analógicas de corriente
597
169. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 8.4.
8.2.2.2 Interfaz de variables de entrada todo-nada sin aislamiento galvánico
led
Figura 8.5.
598
170. Interfaces de entrada y salida
8.2.2.3 Interfaz de variables de entrada todo-nada con aislamiento galvánico
8.2.2.3.1 Introducción
8.2.2.3.2 Interfaces de variables de entrada todo-nada con aislamiento
galvánico y alimentación en continua
Sensores todo-nada con salida del tipo contacto
Optocoupler
led
Switch
Microswitch Límit switch
599
178. Interfaces de entrada y salida
8.2.2.3.3 Interfaz de variables de entrada todo-nada con aislamiento galvánico y
alimentación en alterna
Figura 8.15.
8.2.2.4 Interfaces de variables de salida todo-nada con alimentación en
continua
8.2.2.4.1 Clasificación y descripción
607
179. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 8.16.
Interfaces de variables de salida todo-nada con relé
Normally Open
Normally close (single
Pole Single Through),
608
180. Interfaces de entrada y salida
Figura 8.17.
Interfaces de variables de salida todo-nada con transistor NPN
609
182. Interfaces de entrada y salida
Interfaces de variables de salida todo-nada con transistor PNP
Figura 8.20.
Interfaces de variables de salida todo-nada con tiristor o triac
611
183. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 8.21.
8.2.2.4.2 Protección de las salidas todo-nada
612
184. Interfaces de entrada y salida
Salida con carga inductiva
Protección mediante diodo rectificador en antiparalelo
Figura 8.22.
Protección mediante diodo Zener
613
185. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 8.23.
Protección mediante diodo rectificador diodo zener
Figura 8.24.
614
186. Interfaces de entrada y salida
Figura 8.25.
Protección mediante un circuito R-C
Figura 8.26.
615
187. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 8.27.
Salida con carga resistiva del tipo lámpara de incandescencia
8.2.2.5 Interfaces de variables analógicas de entrada
Sample & Hold
616
189. Autómatas programables y sistemas de automatización
Interfaces de variables analógicas de entrada por tensión
Overflow
Interfaces de variables analógicas de entrada por corriente
618
194. Interfaces de entrada y salida
Interfaz de variables analógicas de salida por corriente
Tabla 8.8.
623
195. Autómatas programables y sistemas de automatización
8.2.2 interfaces de conexión con el proceso de aplicación
específica
Software
8.2.3.1 Unidades de entrada de medida de temperatura
624
197. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 8.35.
8.2.5.2 Unidades de entrada de contaje
software
5.2.3.3 Unidades de entrada/salida remotas
626
198. Interfaces de entrada y salida
Figura 8.36
Figura 8.37. Remote
terminal units
Remóte Terminal Units
Field bus
627
199. Autómatas programables y sistemas de automatización
(Highway Addressable Remóte Transducer)
(Actuator-Sensor-Interface
Figura 8.38.
628
200. Interfaces de entrada y salida
Figura 8.39.
8.2.3.4 Unidades de posicionamiento
Módulos de control en bucle cerrado
629
201. Autómatas programables y sistemas de automatización
a)
Figura 8.40.
Módulos de control en bucle abierto
630
203. Autómatas programables y sistemas de automatización
8.2.2. 5 Unidades de regulación
Process variable
Set point
control variable
Figura 8.42.
632
204. Interfaces de entrada y salida
Mediante la ejecución de un programa de control PID por parte del autómata
programable
Figura 8.43.
633
205. Autómatas programables y sistemas de automatización
Mediante un módulo o unidad de regulación acoplado al autómata programable
Figura 8.44.
634
206. Interfaces de entrada y salida
Figura 8.45.
8.3 Interfaces de conexión autómata-usuario
CAD tools
Human Machine Interface
Man Machíne Interface
8.3.1 Unidades de programación
635
207. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 8.46.
8.3.2 Equipos de interfaz máquina-usuario
8.3.2.1 Introducción
636
208. Interfaces de entrada y salida
Figura 8.47.
Light Emitting Diode
Direct Digital
Control
637
209. Autómatas programables y sistemas de automatización
Man-Machine Interface
Human-Machine interface
Figura 8.48.
8.3.2.2 Características de los equipos HMI
(Human Machine Interface
638
212. Interfaces de entrada y salida
Embedded Automation
Supervisory Control And Data Acquisition),
Figura 8.51.
Figura 8.52.
641
213. Autómatas programables y sistemas de automatización
Paneles con computador industrial embebido y arquitectura cerrada
Soft-PLC
Multipanels
Paneles con computador industrial embebido y arquitectura abierta
ex-
pandable
Slot-PLC
Figura 8.53.
Usa bility Q ua li t y of use),
642
214. Interfaces de entrada y salida
Effectiveness
Efficiency
Satisfactíon
8.3.3 Sistemas de supervisión y adquisición de datos
(SCADA)
Trends Reports
Supervisory Control And Data
Acquisition
643
215. Autómatas programables y sistemas de automatización
Módulo de configuración
Módulo de interfaz gráfica del usuario
Módulo de proceso
Módulo de gestión y archivo de datos
Módulo de comunicaciones
Drivers
Driver
Drivers
Object Linking and Embedding
Embedding Linking
644
216. Interfaces de entrada y salida
Figura 8.54.
Task
force) (instrumentation Systems and
Automation Society OLE for Process
Control
645
(Chart),
217. Autómatas programables y sistemas de automatización
(OPC Foundation)
(Distributed
Control System) (Hardware)
(Software)
(Central host)
(Master Terminal Unit).
(Remote Terminal Units)
646
Figura 8.55.
220. CAPITULO 9
El autómata programable y las
Comunicaciones Industriales
9.1 Introducción
(On/Off)
Figura 9.1. Autómata programable que se conecta con los diversos sensores y activadores a través
de terminales independientes (Cortesía de Siemens).
649
221. Autómatas programables y sistemas de automatización
industrial Communications)
(Data Communications)
Figura 9.2. Descripción conceptual de ¡as Comunicaciones Industriales.
650
222. El autómata programable y las Comunicaciones Industriales
9.2 El computador y el ciclo del proceso de un producto
9.2.1 Conceptos generales
Figura 9.3. Evolución de la Mecanización: De la rueda a la producción integrada por computador.
651
223. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 9.4. Ciclo completo del proceso de un producto.
de el debido
652
224. El autómata programable y las Comunicaciones Industriales
Time to market).
Computer
Aided Design).
(Computer Aided Engineering)
PLM (Product Life cycle Managemen t).
Computer
Aided Manufacturing).
9.2.2 Diseño asistido por computador
(Reusability)
653
225. Autómatas programables y sistemas de automatización
9.2.3 Ingeniería asistida por computador
(CAE or PLM)
(Optimize Manufacturabilíty),
9.2.4 Fabricación asistida por computador
9.2.4.1 Introducción
654
226. El autómata programable y las Comunicaciones Industriales
9.2.4.2 Clases de automatización y sus características
(Automation)
9.2.4.2.1 Automatización fija
(Fixed automation)
(Processes),
Distributed Control System)
655
227. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 9.5. Ejemplos de automatización fija: a) Máquina de fabricación de platos; b) Máquina de colado
a presión (Cortesía de Sargadelos, S.A.).
(Manufacturíng
Processes),
9.2.4.2.2 Automatización programable
(Programmable automation)
Numerical Control),
(Batch production)
656
228. El autómata programable y las Comunicaciones Industriales
Figura 9.6. Ejemplo de automatización programable. Máquina de fabricación de manguetas de transmisión
controlada por un sistema de control numérico (Cortesía de GKN Driveline Vigo).
9.2.4.2.3 Automatización flexible
(Flexible automation)
9.2.4.2.4 Automatización integrada
Integrated automation),
657
229. Autómatas programables y sistemas de automatización
Computer
Integrated Manufacturing)
Totally Integrated Automation).
9.2.4.3 Planificación de los productos a fabricar
(Group technology)
658
230. El autómata programable y las Comunicaciones Industriales
Computer Aided Planning Process),
9.2.4.4 Sistemas electrónicos de control
659
231. Autómatas programables y sistemas de automatización
(Real time
control systems),
9.2.4.4. 1 Sistemas de control numérico
Numerical
Control)
Figura 9.7. Esquema de bloques de un sistema electrónico de control numérico (NC) formado por un sistema
de control de posición analógico cuya señal de referencia la genera un computador digital.
660
232. El autómata programable y las Comunicaciones Industriales
Computer Numerical
Control).
Figura 9.8. Esquema de bloques de un sistema electrónico de control numérico realizado mediante un
computador (CNC) y un codificador incremental de posición.
Sistemas CNC de gran capacidad
(Command module)
(Numerical Control Module
Human Machine Interface)
661
233. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 9.9. Esquema de bloques de un sistema electrónico de control numérico (CNC) de gran
capacidad formado por un módulo de órdenes y un módulo de control.
Figura 9.10. Elementos que forman parte de un CNC de gran capacidad (Cortesía de Siemens).
662
234. El autómata programable y las Comunicaciones Industriales
Sistemas CNC de capacidad reducida
CNC de control en bucle abierto
CNC de control en bucle cerrado
Direct or Distributed Numerical Control),
(Host),
663
235. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 9.11. Sistema de control numérico realizado con un motor paso a paso: a) Esquema de bloques;
b) Módulo FM353 de Siemens de posicionamiento de motores paso a paso acoplable a un
autómata programable de la familia S7-300.
664
236. El autómata programable y las Comunicaciones Industriales
Figura 9.12. Sistema CNC que utiliza como actuador un servomotor: a) Módulo servomotor SIMODRIVE
POSMO de Siemens; b) Sistema de control numérico para posicionar un eje realizado con el módulo
SIMODRIVE POSMO (Cortesía de GKN Driveline Vigo).
665
237. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 9.13. Sistema de control numérico distribuido o directo.
9.2.4.4.2 Autómatas Programables
666
238. El autómata programable y las Comunicaciones Industriales
Programmable Logic Controller)
Figura 9.14. Relés estáticos de la familia SIMATIC C de Siemens realizados con circuitos integrados
de tecnología TTL, utilizados a finales de la década de 1960 para realizar
controladores lógicos cableados.
9.2.4.4.3 Computadores industriales
(General purpose Computer)
Personal Computer),
667
239. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 9.15. Unidades de programación FIELD PG de Siemens (Cortesía de Siemens).
668
240. El autómata programable y las Comunicaciones Industriales
(PC-PLC architecture).
Real Time Operating
System).
(Soft P L C).
Embedded Computer).
Computador industrial y autómata program -
Super-
Visory Control And Data Adguisition)
Personal Computer - Programmable Logic Controller)
(Slot-PLC),
Slot-PLC
(Slot)
Slot-PLC
669
241. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 9.16. Pantallas de una aplicación del programa informático SCADA WinCC
(Cortesía de Siemens).
670
242. El autómata programable y las Comunicaciones Industriales
Slot-PLC
Figura 9.17. Esquema de bloques de la arquitectura "PC-
industrial y un autómata programable independiente.
slot-PLC
Slot-PLC
671
243. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 9.18. Arquitectura PC- mata
programable (Slot-PLC): a) Representación gráfica del concepto Slot-PLC; b)
Computador industrial de Siemens que incorpora una pla
Computador industrial y sistema operativo en tiempo real
Real
Time Operating System),
672
244. El autómata programable y las Comunicaciones Industriales
Figura 9.19. Ejemplo de entorno de desarrollo de aplicaciones de control en el sistema operativo
de tiempo real RTX de Interval Zero (Cortesía del Departamento de Ingeniería de
Sistemas y Automática de la Universidad de Vigo).
(RealTime extensión)
Soft-PLC
Computador industrial y software de autómata programable
673
245. Autómatas programables y sistemas de automatización
Soft-PLC Software Programmable
Logic Controller).
Figura 9.20. Interfaz de usuario del
674
246. El autómata programable y las Comunicaciones Industriales
Computador empotrado
(hardware)
Embedded Operating Systems),
Personal
Data Assistant),
(Embedded computers).
Multi Panel)
Figura 9.21. Equipo de la familia MP: a) Esquema de bloques; b) Fotografía del equipo
MP370
(cortesía de Siemens). 675
247. Autómatas programables y sistemas de automatización
9.2.4.4.4 Sistemas electrónicos de control de procesos continuos
Continuous Processes)
Figura 9.22. Esquema de bloques de un sistema electrónico analógico de control de velocidad que
utiliza como sensor una generatriz tacométrica.
Figura 9.23. Esquema de bloques de un sistema de control de velocidad realizado mediante un
microcomputador.
676
248. El autómata programable y las Comunicaciones Industriales
Figura 9.24. Regulador PID industrial de la familia SIPART DR que está implementado con un
microcontrolador (cortesía de Siemens).
677
249. Autómatas programables y sistemas de automatización
(Processes),
Process Controller System.
(Distributed Control
System)
Figura 9.25. Sistema de control de procesos continuos SIMATIC PCS7 de Siemens basado en un
autómata programable de la familia S7-400 (cortesía de Siemens).
9.2.5.4.5 Sistemas CAD-CAM
(Hard-
ware) (Software)
Com-
puter Integrated Manufacturing)
678
250. El autómata programable y las Comunicaciones Industriales
9.2.4.5 Sistemas de manipulación de elementos
9.2.4.5.1 Introducción
Manufacturing
process).
(Transfer machines)
Robot Industry Association
9.2.4.5.2 Conceptos básicos de los robots y clasificación de los mismos
679
251. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 9.26. Esquema de bloques de un robot.
Sistema mecánico dinámico
680
252. El autómata programable y las Comunicaciones Industriales
Figura 9.27. Diferentes arquitecturas de los robots: a) Cartesiana; b) Cilíndrica; c) Esférica; d)
Articulada.
Figura 9.28. Robot articulado para transferencia de piezas en una línea de prensas (cortesía de
GESTAMP VIGO).
681
253. Autómatas programables y sistemas de automatización
Robots fijos
Scara ,
Robots móviles
Robots combinados
Dispositivo de sujeción y agarre
Sistema motriz
Sistema electrónico de control
(Multicomputer).
682
254. El autómata programable y las Comunicaciones Industriales
Figura 9.29. Esquema de bloques típico del sistema electrónico de control de un robot.
Sensores
9.2.4.6 Sistemas de fabricación flexible
(Flexible manufacturing system)
683
255. Autómatas programables y sistemas de automatización
(Just In Time).
9.2.4.6.1 Módulo de fabricación flexible
(Flexible
Manufacturing Module)
9.2.4.6.2 Célula de fabricación flexible
(Flexible Manufactu-
ring Cell)
(Buffers)
684
256. El autómata programable y las Comunicaciones Industriales
Figura 9.30. Esquema de bloques de una cédula de fabricación que tiene dos sistemas CNC, un
robot y un carrusel de piezas.
Figura 9.31. Célula de fabricación flexible realizada con un robot y dos sistemas de control
numérico (cortesía de GKN Driveline Vigo).
685
257. Autómatas programables y sistemas de automatización
9.2.4.6.3 Línea de fabricación flexible
(Flexible Manufacturing Line)
9.2.4.6.4 Taller flexible
Flexible Manufacturing System)
686
258. El autómata programable y las Comunicaciones Industriales
Figura 9.32. Ejemplo de niveles de la estructura funcional de un sistema de fabricación flexible.
687
259. Autómatas programables y sistemas de automatización
9.2.4 Fabricación integrada por computador. Pirámide CIM
9.2.5.1 Introducción
Computer in-
tegrated Manufacturing)
Figura 9.33. Pirámide CIM.
688
260. El autómata programable y las Comunicaciones Industriales
Nivel de Proceso
(Field devices),
(Field
Nivel de Estación
Nivel de Célula
Nivel de Área
Nivel de Fábrica
689
261. Autómatas programables y sistemas de automatización
Nivel de Empresa
9.2.5.2 Implantación del modelo CIM
Figura 9.34. Relación entre el modelo teórico de la pirámide CIM y su implantación real en la
empresa.
Manufacturíng Execution System).
690
262. El autómata programable y las Comunicaciones Industriales
Manufacturing Execution Systems Association
691
263. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 9.35. Modelo de un sistema MES desarrollado por la asociación MESA.
Conjunto de componentes de producción (Production Suite Components)
Gestor de órdenes de fabricación (Production Order Manager)
Gestor de materiales (Material Manager)
Gestor de personal (Personal Manager)
Histórico (Historian)
(Uní-
lab)
692
264. El autómata programable y las Comunicaciones Industriales
Figura 9.36. Representación gráfica del sistema MES de SIEMENS y su relación con el nivel de
sistemas de control y el nivel de planificación de recursos de la empresa (ERP).
Laboratorio (Unilab)
Gestión de especificaciones (Interspec)
Componentes opcionales
Planificador de la producción (Detailed Production Schedule)
Servidor (Server)
Gestor de informes (Report Manager)
SI M A -
TI C IT Framework)
693
265. Autómatas programables y sistemas de automatización
Gestor de informes (Report Manager)
Registrador de las operaciones de fabricación (Production Operation Recorder)
Gestor de equipos (Equipment Manager)
Servicios (Services)
Tabla 9.1. Actividades realizadas por los sistemas electrónicos de control utilizados en cada uno de los
niveles de la pirámide CIM.
694
Nivel 4 Gestión global de la empresa mediante computadores
Nivel 3 Gestión automatizada de la producción de la fábrica mediante
computadores
Nivel 2 Gestión automatizada de las células/áreas de fabricación mediante
autómatas programables y computadores industriales
Nivel 1 Control de máquinas mediante autómatas programables, sistemas de
control numérico (CNC), etc.
Nivel 0 Medidas de variables (mediante sensores) y acciones sobre el proceso
(mediante actuadores)
266. El autómata programable y las Comunicaciones Industriales
Tabla 9.2 Valor de la relación entre la cantidad de tareas de control y las de gestión, del tiempo de respuesta y de la
disponibilidad exigible a los sistemas electrónicos de control utilizados en cada uno de los niveles de la pirámide
CIM.
9.2 Comunicaciones Industriales
9.3.1 Introducción
(industrial Communications)
695
PÁRAMETRO
NIVEL TIPO DE SISTEMA
ELECTRÓNICO DE
CONTROL
Tiempo de
respuesta
Relación (%) de
tareas
Gestión/Control
Disponibilidad
(Availability)
exigible (%)
4 Computador de
planta
De días a segundos 95-100/0-5 > 60
3 Controlador de
área
De minutos a
segundos
90-95/5-10 70-80
2 Controlador de
célula
De segundos a
milisegundos
80-90/10-20 80-90
1 Controlador de
proceso
De milisegundos a
microsegundos
5-10/90-95 90-95
267. Autómatas programables y sistemas de automatización
industrial Net-
works),
Open Systems
Interconnection), International Standard
Organization).
Figura 9.37. Modelo OSI desarrollado por ISO para la conexión de sistemas informáticos abiertos.
696
268. El autómata programable y las Comunicaciones Industriales
9.3.2 Redes de Comunicaciones Industriales
9.3.2.1 Clasificación de las redes de Comunicaciones Industriales
Tabla 9.3. Clasificación de las redes de Comunicaciones Industriales a finales del siglo XX.
697
269. Autómatas programables y sistemas de automatización
(Industrial Ethernet).
Tabla 9.4. Clasificación de las redes de Comunicaciones Industriales en el siglo XXL
9.3.2.2 Redes de datos
Data
networks)
9.3.2.2.1 Redes de empresa y de fábrica
698
270. El autómata programable y las Comunicaciones Industriales
Enterprise Resource Planning).
Manufacturing Execution Systems)
Computer Aided Design/ Manu-
facturing/ Engineering).
(Groupware)
Local Area Network).
Ethernet
(Switches)
Transmission Control Protocol/Internet Protocol).
Metropolitan Area Network)
Wide Area Network).
Internet.
9.3.2.2.2 Redes de célula
699
271. Autómatas programables y sistemas de automatización
Manu-
facturing Automation Protocol)
Technical and Office Protocol),
(Token Bus),
Ethernet
(Token Ring)
Manufacturing Message Speci -
fication).
objetos
(events),
700
272. El autómata programable y las Comunicaciones Industriales
Protocol Data Unit),
(Abstract Syntax Notation-One)
(hardware) (software)
(Frames),
9.3.2.3 Redes de control
9.3.2.3.1 Conceptos generales
(Field buses)
(Field)
701
273. Autómatas programables y sistemas de automatización
redes de sensores-actuadores.
Figura 9.38. Conexión de los dispositivos de campo con un autómata programable a través de una
red o bus de campo (Cortesía de Siemens).
redes de
controladores.
702
274. El autómata programable y las Comunicaciones Industriales
(master-slave),
master)
(polling),
(slaves).
(peer-to-peer),
(Token Bus),
(master-slave)
Figura 9.39. Modelo OSI simplificado
utilizado en las redes de control.
703
275. Autómatas programables y sistemas de automatización
9.3.2.3.2 Redes de controladores
(Controller networks)
(Master-slave)
(Multi-
master networks) O (Producer-consumer).
9.3.2.3.3 Redes de sensores-actuadores
Conceptos generales
(Field buses)
(Field devices)
(Distributed pe-
riphery).
704
276. El autómata programable y las Comunicaciones industriales
(master)
(On/off)
(Communicatíon Profiles).
Redes de sensores-actuadores de capacidad funcional limitada
Actuator Sensor Interface),
Redes de sensores-actuadores de capacidad funcional elevada
(Field Devices)
705
277. Autómatas programables y sistemas de automatización
(CAN in Au-
tomation).
9.3.2.4 Familias de redes industriales
9.3.2.5 Redes Ethernet Industrial
9.3.2.5.1 Introducción
industrial Ethernet
Ethernet
Industrial Ethernet
hardware software Ethernet
(Hardware)
(Software),
industrial Ethernet
706
278. El autómata programable y las Comunicaciones Industriales
9.3.2.5.2 Tipos de redes Ethernet Industrial
Modificar Ethernet para utilizarla en todos los niveles de la pirámide CIM
(Universal industrial network)
(Response time)
(Distributed periphery)
Motion control)
Figura 9.40. Diagrama de bloques del principio de funcionamiento de una red universal
Ethernet Industrial.
707
279. Autómatas programables y sistemas de automatización
Combinar la red Ethernet con una red de controladores otra de sensores/
actuadores
integrated industrial network).
(Bridge)
Figura 9.41. Diagrama de bloques del principio de funcionamiento de una red integrada Ethernet Industrial.
708
280. El autómata programable y las Comunicaciones Industriales
Common Interface Protocol).
9.4 El autómata programable y las Comunicaciones
Industriales
9.4.1 Introducción
Totally Integrated Automation),
Figura 9.42. Utilización del autómata programable en la pirámide CIM (cortesía de Siemens).
709
281. Autómatas programables y sistemas de automatización
Nace el A.P.
basado en
un
procesador.
Los A.P. se
conectan
en red.
Los procesos de
control se complican y
se descentralizan:
redes de A.P. más
pequeños.
Los armarlos de distribución de
conexiones se sustituyen por redes de
control que comunican los A.P. entre si y
con los dispositivos de campo.
Figura 9.43. Evolución en Europa de los autómatas programables basados en un microprocesador
(cortesía de Siemens).
9.4.2 Comunicación entre el autómata programable y los
dispositivos de campo
(Field devices)
710
282. El autómata programable y las Comunicaciones industriales
(Scalability )
Figura 9.44. Red de sensores-actuadores: a) Esquema de bloques; b) Red PROFIBUS-DP de Siemens que enlaza
un autómata S7-400 con una estación remota de entrada/salida.
711
283. Autómatas programables y sistemas de automatización
Actuator Sen-
sor-Interface ).
(On-off)
9.4.3 Comunicación entre autómatas programables y
otros sistemas electrónicos de control
Electronics Industry
Association)
(Serial port )
712
284. El autómata programable y las Comunicaciones Industriales
Figura 9.45. Comunicación entre dos autómatas programables a través de sus módulos de en-
trada/salida.
713
285. Autómatas programables y sistemas de automatización
Process
Field BUS ).
de facto
-Fi", Zigbee,
9.4.4 Diseño e implantación de sistemas de control
distribuido basados en autómatas programables
9.4.4.1 Introducción
(Hardware)
(Software):
Elementos físicos
(Communicatión processor )
(Firmware).
Herramientas de programación
5.4.4.2 Metodología de diseño de sistemas de control distribuido
714
286. El autómata programable y las Comunicaciones Industriales
Elección de los sistemas electrónicos de control
Elección de las redes de comunicaciones
Configuración del sistema
(Configuration phase)
(Hardware) (Software)
715
287. Autómatas programables y sistemas de automatización
Figura 9.46. Comunicación entre un ordenador personal, un autómata programable y un procesador de
comunicaciones (CP) que constituye un módulo del autómata programable.
Figura 9.47. Herramienta NetPro de configuración de una red de control distribuido (Cortesía de Siemens).
716
288. El autómata programable y las Comunicaciones Industriales
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