viernes, 16 de mayo de 2008

HISTORIA DE LA AUTOMATIZACION



HISTORIA

Las primeras máquinas simples sustituían una forma de esfuerzo en otra forma que fueran manejadas por el ser humano, tal como levantar un peso pesado con sistema de poleas o con una palanca. Posteriormente las máquinas fueron capaces de sustituir formas naturales de energía renovable, tales como el viento, mareas, o un flujo de agua por energía humana.

Los botes a vela sustituyeron a los botes de remos. Todavía después, algunas formas de automatización fueron controlados por mecanismos de relojería o dispositivos similares utilizando algunas formas de fuentes de poder artificiales -algún resorte, un flujo canalizado de agua o vapor para producir acciones simples y repetitivas, tal como figuras en movimiento, creación de música, o juegos. Dichos dispositivos caracterizaban a figuras humanas, fueron conocidos como autómatas y datan posiblemente desde 300 AC.

En 1801, la patente de un telar automático utilizando tarjetas perforadas fue dada a Joseph Marie Jacquard, quien revolucionó la industria del textil.

La parte más visible de la automatización actual puede ser la robótica industrial. Algunas ventajas son repetitividad, control de calidad más estrecho, mayor eficiencia, integración con sistemas empresariales, incremento de productividad y reducción de trabajo. Algunas desventajas son requerimientos de un gran capital, decremento severo en la flexibilidad, y un incremento en la dependencia del mantenimiento y reparación. Por ejemplo, Japón ha tenido necesidad de retirar muchos de sus robots industriales cuando encontraron que eran incapaces de adaptarse a los cambios dramáticos de los requerimientos de producción y no eran capaces de justificar sus altos costos iniciales.

Para mediados del siglo 20, la automatización había existido por muchos años en una escala pequeña, utilizando mecanismos simples para automatizar tareas sencillas de manufactura. Sin embargo el concepto solamente llego a ser realmente práctico con la adición (y evolución) de las computadoras digitales, cuya flexibilidad permitió manejar cualquier clase de tarea. Las computadoras digitales con la combinación requerida de velocidad, poder de computo, precio y tamaño empezaron a aparecer en la década de 1960s. Antes de ese tiempo, las computadoras industriales era exclusivamente computadoras analógicas y computadoras híbridas. Desde entonces las computadoras digitales tomaron el control de la mayoría de las tareas simples, repetitivas, tareas semiespecializadas y especializadas, con algunas excepciones notables en la producción e inspección de alimentos. Como un famoso dicho anonimo dice, "para muchas y muy cambiantes tareas, es difícil remplazar al ser humano, quienes son fácilmente vueltos a entrenar dentro de un amplio rango de tareas, más aún, son producidos a bajo costo por personal sin entrenamiento."


SISTEMAS DE PRODUCCION ARTESANALES ANTIGUOS

la producción artesanal puede estudiarse arqueológicamente identificando a los artesanos

mismos y sus identidades; la casa y el ámbito familiar de la producción; el barrio y la concentración de medios de trabajo en sectores de un asentamiento, o bien, las comunidades especializadas en el nivel regional.

La forma predominante de la producción artesanal en Grecia era el pequeño taller. Tales talleres (ergasterios) existían en todas las ramas de la producción artesanal.

El trabajo en esos talleres era realizado con instrumentos sumamente sencillos. El proceso de la producción en los mismos no se caracterizaba por una unidad interna basada en la división técnica del trabajo. Los esclavos trabajaban en esos talleres independientemente unos de otros, y cada uno de ellos realizaba todas las fases productoras necesarias para la elaboración del tal o cual objeto. Desde luego, a pesar de todo existían en los talleres algunos rudimentos de la división del trabajo, especialmente en las grandes ciudades; pero, por regla general, ello constituía una excepción o una casualidad; no había rama de la producción artesanal en que se presentara ninguna especialización estable y determinada de los esclavos.

Revolución Industrial

Revolución Industrial es un periodo histórico comprendido entre la segunda mitad del siglo XVIII y principios del XIX, en el que el Reino Unido en primer lugar, y el resto de la Europa continental después, sufren el mayor conjunto de transformaciones socioeconómicas, tecnológicas y culturales de la Historia de la humanidad, desde el Neolítico.

La economía basada en el trabajo manual fue reemplazada por otra dominada por la industria y la manufactura. La revolución comenzó con la mecanización de las industrias textiles y el desarrollo de los procesos del hierro. La expansión del comercio fue favorecida por la mejora de las rutas de transportes y posteriormente por el nacimiento del ferrocarril. Las innovaciones tecnológicas más importantes fueron la máquina de vapor y la denominada Spinning Jenny, una potente máquina relacionada con la industria textil. Estas nuevas máquinas favorecieron enormes incrementos en la capacidad de producción. La producción y desarrollo de nuevos modelos de maquinaria en las dos primeras décadas del siglo XIX facilitó la manufactura en otras industrias e incrementó también su producción.

Etapas de la Revolución Industrial

La Revolución Industrial estuvo dividida en dos etapas: La primera del año 1750 hasta 1840,y la segunda de 1880 hasta nuestros tiempos. Todos estos cambios trajeron consigo consecuencias tales como:

  1. Demográficas. Traspaso de la población del campo a la ciudad (éxodo rural) — Migraciones internacionales — Crecimiento sostenido de la población — Grandes diferencias entre los pueblos — Independencia económica
  2. Económicas. Producción en serie — Desarrollo del capitalismo — Aparición de las grandes empresas — Intercambios desiguales
  3. Sociales. Nace el proletariado — Nace la Cuestión social
  4. Ambientales. Deterioro del ambiente y degradación del paisaje — Explotación irracional de la tierra.

A mediados del siglo XIX, en Inglaterra se realizaron una serie de transformaciones que hoy conocemos como Revolución Industrial; dentro de las cuales las más relevantes fueron:

  • La aplicación de la ciencia y tecnología permitió el invento de máquinas que mejoraban los procesos productivos.
  • La despersonalización de las relaciones de trabajo: se pasa desde el taller familiar a la fábrica.
  • El uso de nuevas fuentes energéticas, como el carbón y el vapor.
  • La revolución en el transporte: ferrocarriles y barco de vapor.
  • El surgimiento del proletariado urbano.

El porqué Inglaterra estaba en condiciones de iniciar este proceso se debe a que hubo una serie de factores que lo favorecían; por ejemplo, contaban con abundante mano de obra, con yacimientos de carbón, tenía colonias en ultramar que le proveían de materia primas y contaba con una gran red de vías fluviales que facilitaban el transporte de mercaderías por el interior de su territorio. A ese conjunto de factores se suman dos fenómenos paralelos: una revolución agrícola y otra demográfica. La primera consistió en la aplicación de nuevas tecnologías y formas de explotación de la tierra; desaparecieron los pequeños propietarios y las tierras de uso común, a favor de grandes latifundistas; se incrementó ostensiblemente la producción de alimentos y también crecieron las rentas de los grandes propietarios que invirtieron en el proceso de industrialización. La revolución demográfica significó un aumento notorio y explosivo de la población, fenómeno que no sólo se desarrolló en Inglaterra. Las causas de este incremento se relacionan con el aumento de la producción de alimentos, el mejoramiento de las condiciones higiénicas de la población y también se agregarán, más tarde, los avances en el campo de la medicina, lo que permitió rebajar las tasas de mortalidad.

Impacto social

La industrialización que se originó en Inglaterra y luego se extendió por toda Europa no sólo tuvo un gran impacto económico, sino que además generó enormes transformaciones sociales.


Proletariado urbano. Como consecuencia de la revolución agrícola y demográfica, se produjo un éxodo masivo de campesinos hacia las ciudades; el antiguo agricultor se convirtió en obrero industrial. La ciudad industrial aumentó su población como consecuencia del crecimiento natural de sus habitantes y por el arribo de este nuevo contingente humano. La carencia de habitaciones fue el primer problema que sufrió esta población marginada socialmente; debía vivir en espacios reducidos sin las mínimas condiciones, comodidades y condiciones de higiene. A ello se sumaban largas jornadas de trabajo, que llegaban a más de 14 horas diarias, en las que participaban hombres, mujeres y niños con salarios de miseria, y que carecían de toda protección legal frente a la arbitrariedad de los dueños de las fábricas o centros de producción. Este conjunto de males que afectaba al proletariado urbano se llamó la Cuestión social, haciendo alusión a las insuficiencias materiales y espirituales que les afectaban.

Burguesía industrial. Como contraste al proletariado industrial, se fortaleció el poder económico y social de los grandes empresarios, afianzando de este modo el sistema económico capitalista, caracterizado por la propiedad privada de los medios de producción y la regulación de los precios por el mercado, de acuerdo por la oferta y la demanda.

En este escenario, la burguesía desplaza definitivamente a la aristocracia terrateniente y su situación de privilegio social se basó fundamentalmente en la fortuna y no en el origen o la sangre. Avalados por una doctrina que defendía la libertad económica,los empresarios obtenían grandes riquezas, no sólo vendiendo y compitiendo, sino que además pagando bajos precios por la fuerza de trabajo aportada por los obreros.

Las propuestas para solucionar el problema social. Frente a la situación de pobreza y precariedad de los obreros, surgieron críticas y fórmulas para tratar de darles solución; por ejemplo, los socialistas utópicos, que aspiraban a crear una sociedad ideal, justa y libre de todo tipo de problemas sociales. Otra propuesta fue el socialismo científico de Karl Marx, que proponía la revolución y la abolición de la propiedad privada (marxismo); también la Iglesia católica, a través del Papa León XIII, dio a conocer la Encíclica Rerum Novarum (1891), que condenaba los abusos y exigía a los estados la obligación de proteger a lo más débiles. A continuación, un fragmento de dicha encíclica: « (...) Si el obrero presta a otros sus fuerzas a su industria, las presta con el fin de alcanzar lo necesario para vivir y sustentarse y por todo esto con el trabajo que de su parte pone, adquiere el derecho verdadero y perfecto, no solo para exigir un salario, sino para hacer de este el uso que quisiere (...) ». Estos elementos fueron decisivos para el surgimiento de los movimientos reivindicativos de los derechos de los trabajadores.

La revolución industrial generó cambios fundamentales en la sociedad británica del siglo XVIII, y posteriormente se extendió a los otros países europeos.

En Gran Bretaña, la población creció ampliamente. Pasó de 9 millones en 1780 a 21 millones en 1850. Mientras que la población europea pasó de 188 millones a 266 millones en 1850.

Principios fundamentales de la industria

Uno de los principios fundamentales de la industria moderna es que nunca considera a los procesos de producción como definitivos o acabados. Su base técnico-científica es revolucionaria, generando así, el problema de la obsolescencia tecnológica en períodos cada vez más breves. Desde esta perspectiva puede afirmarse que todas las formas de producción anteriores a la industria moderna (artesanía y manufactura) fueron esencialmente conservadoras, al trasmitirse los conocimientos de generación en generación sin apenas cambios. Sin embargo, esta característica de obsolescencia e innovación no se circunscribe a la ciencia y la tecnología, sino debe ampliarse a toda la estructura económica de las sociedades modernas. En este contexto la innovación es, por definición, negación, destrucción, cambio, la transformación es la esencia permanente de la modernidad.

El desarrollo de nuevas tecnologías, como ciencias aplicadas, en un receptivo clima social, es el momento y el sitio para una revolución industrial de innovaciones en cadena, como un proceso acumulativo de tecnología, que crea bienes y servicios, mejorando el nivel y la calidad de vida. Son básicos un capitalismo incipiente, un sistema educativo y espíritu emprendedor. La no adecuación o correspondencia entre unos y otros crea desequilibrios o injusticias. Parece ser que este desequilibrio en los procesos de industrialización, siempre socialmente muy inestables, es en la práctica inevitable, pero mensurable para poder construir modelos mejorados.







SISTEMAS MODERNOS DE PRODUCCION


Los sistemas de producción son sistemas que están estructurados a través de un conjunto de
actividades y procesos relacionados, necesarios para obtener bienes y servicios de alto valor añadido para el cliente, con el empleo de los medios adecuados y la utilización de los métodos más eficientes.
En las empresas, ya sean de servicio o de manufactura, estos sistemas representan las configuraciones productivas adoptadas en torno al proceso de conversión y/o transformación de unos inputs (materiales, humanos, financieros, informativos, energéticos, etc.) en unos outputs (bienes y servicios) para satisfacer unas necesidades, requerimientos y expectativas de los clientes, de la forma más racional y a la vez, más competitiva posible. Woodward (1965), fue probablemente el primer autor en tipificar los sistemas productivos. Descubrió que las tecnologías de fabricación se podían encuadrar en tres grandes categorías: Producción artesanal o por unidad (producción discreta no-repetitiva) Producción mecanizada o masiva (producción discreta repetitiva) Producción de proceso continuo. Cada una de estas categorias incluye un método distinto de obtener los productos, siendo las principales diferencias, el grado de estandarización y automatización, tipo de proceso y la repetitividad de la producción. Como esta definicion de Woodwar hay distintas clases de pensamiento. El problema fundamental de estas formas de clasificar el sistema de producción, radica en que aunque son útiles desde el punto de vista de contextualización y caracterización de las unidades de producción, no resultan muy útiles para la realización de análisis competitivo y estratégico en fabricación, ya que, entre otras cosas, al ser demasiado amplias y genéricas, no logran identificar una cantidad finita y discreta de opciones efectivas de sistemas de producción que reflejen las distintas formas existentes de producir los bienes y/o servicios. Además, no tratan en su proceder la interrelación estratégica del binomio «producto-proceso», omitiendo así, las implicaciones potenciales que representa para la empresa la elección de uno u otro sistema de producción, expresadas en términos de las diferentes dimensiones técnicas y empresariales que componen un sistema de producción.

miércoles, 14 de mayo de 2008

ESTRUCTURA Y COMPONENTES DE UN SISITEMA AUTOMATIZADO

SISTEMAS DE CONTROL


Los sistemas de control son aquellos dedicados a obtener la salida deseada de un sistema o proceso. En un sistema general se tienen una serie de entradas que provienen del sistema a controlar, llamado planta, y se diseña un sistema para que, a partir de estas entradas, modifique ciertos parámetros en el sistema planta, con lo que las señales anteriores volverán a su estado normal ante cualquier variación.
Un sistema de control básico es mostrado en la siguiente figura:




Hay varias clasificaciones dentro de los sistemas de control. Atendiendo a su naturaleza son analógicos, digitales o mixtos; atendiendo a su estructura (número de entradas y salidas) puede ser control clásico o control moderno; atendiende a su diseño pueden ser por lógica difusa, redes neuronales...
Los principales tipos de sistemas de control son:
Si/No. En este sistema el controlador enciende o apaga la entrada y es utilizado, por ejemplo, en el alumbrado público, ya que éste se enciendo cuando la luz ambiental es más baja que un pre-destinado nivel de luminosidad.
Proporcional (P). En este sistema la amplitud de la señal de entrada al sistema afecta directamente la salida, ya no es solamente un nivel pre-destinado sino toda la gama de niveles de entrada. Algunos sistemas automáticos de iluminación utilizan un sistema P para determinar con que intensidad encender lámparas dependiendo directamente de la luminosidad ambiental.
Proporcional derivativo (PD). En este sistema, la velocidad de cambio de la señal de entrada se utiliza para determinar el factor de amplificación, calculando la derivada de la señal.
Proporcional integral (PI). Este sistema es similar al anterior, solo que la señal se integra en vez de derivarse.
Proporcional integral derivativo (PID). Este sistema combina los dos anteriores tipos.
Redes neuronales. Este sistema modela el proceso de aprendizaje del cerebro humano para aprender a controlar la señal de salida.

Un sistema de control está definido como un conjunto de componentes que pueden regular su propia conducta o la de otro sistema con el fin de lograr un funcionamiento predeterminado.

Clasificación de los sistemas de control según su comportamiento

Sistema de control de lazo abierto:

Es aquel sistema en que solo actua el proceso sobre la señal de entrada, y da como resultado una señal de salida independiente. Estos sistemas se caracterizan por:
Sencillos y de fácil conceptos
Nada asegura su estabilidad ante una perturbación
La salida no se compara con la entrada
Es Afectado por las perturbaciones
La precision depende de la previa calibración del sistema


Sistema de control de lazo cerrado:

Son los sistemas en los que la acción de control está en función de la señal de salida. Sus características son:
Complejos, pero amplios de parametros
La salida se compara con la entrada y la afecta para el control del sistema.
Estos sistemas se caracterizan por su propiedad de
retroalimentación.
Más estable a perturbaciones y variaciones internas
Un ejemplo de un sistema de control de lazo cerrado sería el termotanque de agua que utilizamos para bañarnos.

Tipos de sistemas de control

Los sistemas de control son agrupados en tres tipos básicos:

Hechos por el hombre. Como los sistemas eléctricos o electrónicos que están permanentemente capturando señales de estado del sistema bajo su control y que al detectar una desviación de los parámetros pre-establecidos del funcionamiento normal del sistema, actúan la cibermania de la sala mediante sensores y actuadores, para llevar al sistema de vuelta a sus condiciones operacionales normales de funcionamiento.

Naturales, incluyendo sistemas biológicos. Por ejemplo los movimientos corporales humanos como el acto de indicar un objeto que incluye como componentes del sistema de control biológico los ojos, el brazo, la mano, el dedo y el cerebro del hombre. En la entrada se procesa el movimiento o no, y la salida es la dirección hacia la cual se hace referencia.

Cuyos componentes están unos hechos por el hombre y los otros son naturales. Se encuentra el sistema de control de un hombre que conduce su vehículo, este sistema está compuesto por los ojos, las manos, el cerebro y el vehículo. La entrada se manifiesta en el rumbo que el conductor debe seguir sobre la vía y la salida es la dirección actual del automóvil.

Un sistema de control puede ser neumático, eléctrico, mecánico o de cualquier tipo, y su función es recibir entradas, y coordinar una o varias respuestas según su lazo de control(para lo que esta programado).


Características de un sistema de control

Señal de corriente de entrada: Considerada como estímulo aplicado a un sistema desde una fuente de energía externa con el propósito de que el sistema produzca una respuesta específica.

Señal de corriente de salida: Respuesta obtenida por el sistema que puede o no relacionarse con la respuesta que implicaba la entrada.


Variable Manipulada: Es el elemento al cual se le modifica su magnitud, para lograr la respuesta deseada.

Variable Controlada: Es el elemento que se desea controlar.

Conversión: Mediante receptores se generan las variaciones o cambios que se producen en la variable.

Variaciones externas: Son los factores que influyen en la acción de producir un cambio de orden correctivo.

Fuente de energía: Es la que entrega la energía necesaria para generar cualquier tipo de actividad dentro del sistema.

Retroalimentación: La retroalimentación es una característica importante de los sistemas de control de lazo cerrado. Es una relación secuencial de causas y efectos entre las variables del sistema. Dependiendo de la acción correctiva que tome el sistema, éste puede apoyar o no una decisión, cuando en el sistema se produce un retorno se dice que hay una retroalimentación negativa; si el sistema apoya la decisión inicial se dice que hay una retroalimentación positiva.

La ingeniería en los sistemas de control

Los problemas considerados en la ingeniería de los sistemas de control, básicamente se tratan mediante dos pasos fundamentales como son:
El análisis
El diseño
En el análisis se investiga las características de un sistema existente. Mientras que en el diseño se escogen los componentes para crear un sistema de control que posteriormente ejecute una tarea particular. Existen dos métodos de diseño:
Diseño por análisis
Diseño por síntesis
El diseño por análisis modifica las características de un sistema existente o de un modelo estándar del sistema y el diseño por síntesis en el cual se define la forma del sistema a partir de sus especificaciones.
La representación de los problemas en los sistemas de control se lleva a cabo mediante tres representaciones básicas o modelos:
Ecuaciones diferenciales y otras relaciones matemáticas.
Diagramas en bloque.
Gráficas en flujo de análisis.
Los diagramas y las gráficas de flujo son representaciones gráficas que pretenden el acortamiento del proceso correctivo del sistema, sin importar si está caracterizado de manera esquemática o mediante ecuaciones matemáticas. Las ecuaciones diferenciales se emplean cuando se requieren relaciones detalladas del sistema. Cada sistema de control se puede representar teóricamente por sus ecuaciones matemáticas.


SISTEMA DE CONTROL MANUAL


El control manual abarca conmutar y regular individualmente los circuitos eléctricos; el número de las combinaciones conmutables aumenta considerablemente, de acuerdo con el número de circuitos.Teniéndose circuitos eléctricos regulables, son muchas las situaciones de iluminación posibles.Dónde está la diferencia con respecto al control de luz programable: Si la conmutación y la regulación se efectúan a mano, las combinaciones y los estados prácticamente dejan de ser reproducibles.

SISTEMAS DE CONTROL AUTOMATICO


Los sistemas de control automático son objetos o sistemas que, al recibir una señal de entrada, realizan alguna función de forma automática sin la intervención de las personas. El desarrollo de los sistemas de control automáticos ha supuesto que los objetos de consumo posean una autonomía tal que funcionan prácticamente sin intervención de las personas, no solo en la industria, sino también, y de forma más acusada, en el hogar. Así, aparatos como microondas, frigoríficos, sistemas de calefacción y aire acondicionado, alarmas antirrobo, ordenadores, etc., son aparatos que usamos habitualmente, mejorando la calidad de vida de las personas y realizando funciones de forma automática.

EQUIPOS Y HERRAMIENTAS PARA AUTOMATIZAR UN PROCESO SISTEMA O MAQUINA

ELEMENTOS DE ENTRADA Y SALIDA

Perifericos de entrada:


Son aquellos que proporcionan a la unidad de control del automatismo la información que necesita para activar, desactivar o regular el funcionamiento de los periféricos de salida. Estos dispositivos transmiten información mediante señales que pueden ser de diferente naturaleza:
Luz.
Eléctrica: interruptor.
Neumáticos: botón hidráulico.
Magnético.
Todos los botones que intervienen en la puesta en marcha y los mandos a distancia son dispositivos de entrada. También hay periféricos de entrada capaces de detectar la variación de diferentes magnitudes (presión, volumen, temperatura etc.) y comunicarlas a la unidad de control. Estos dispositivos se llaman sensores.

CONTROL DE AUTOMATISMOS.


Los dispositivos de control de automatismos reciben las señale que proporcionan los periféricos de entrada y en función de estas señales utilizan los periféricos de salida o actuadores. Los controles pueden ser manuales, automáticos, programables e informatizados.
Control manual: se utiliza para controlar manualmente de los dispositivos de un automatismo cuando varían las condiciones de trabajo.
Controles automáticos: funcionan continuamente de la misma manera sin tener en cuenta las variaciones que se puedan producir en su entorno de trabajo. Ej: control temporizado de la calefacción.
Controles programables: son dispositivos que modifican los programas de funcionamiento de sus periféricos de salida según las variaciones que se producen en las condiciones de su entorno de trabajo. Estas variaciones son detectadas a partir de información que reciben a través de sensores que tienen conectados. Ej: los controles programables de ventilación. Los controles programables utilizados en los procesos industriales son los llamados autómatas programables (PLC). Los PLC son maquinas electrónicas diseñada para controlar en tiempo real procesos industriales repetitivos. No es necesario tener conocimientos informáticos.
Controles informatizados: son los que utilizan una unidad informática para analizar los datos que reciben los periféricos de entrada y dirigir y controlar los periféricos de salida.

PERIFÉRICOS DE SALIDA.


Los periféricos de salida de un automatismo son dispositivos que realizan las funciones y tareas concretas cuando se reciben del sistema de control.

INTERFAZ DE USUARIO


La interfaz de usuario es la forma en que los usuarios pueden comunicarse con una computadora, y comprende todos los puntos de contacto entre el usuario y el equipo. Sus principales funciones son:
Manipulación de archivos y directorios Herramientas de desarrollo de aplicaciones Comunicación con otros sistemas Información de estado Configuración de la propia interfaz y entorno Intercambio de datos entre aplicaciones Control de acceso Sistema de ayuda interactivo. Nos encontramos con dos tipos de interfaz de usuario:
Interfaces alfanuméricas (intérpretes de mandatos). Interfaces gráficas de usuario (GUI, Graphics User Interfaces), las que permiten comunicarse con el ordenador de una forma muy rápida e intuitiva. Y pueden ser de hardware o de software:
En el primer caso se trata de un conjunto de dispositivos que permiten la interacción hombre-máquina, de modo que permiten ingresar y tomar datos del ordenador. También están las interfaces de software que son programas o parte de ellos que permiten expresar nuestros deseos al ordenador. Sin embargo, no siempre se trata de interfaces intuitivas tal como el caso de las interfaces de línea de órdenes (CLI), que se encuentran por ejemplo en algunos sistemas operativos como los NOS de los Routers o algunos shell de Unix, DOS, etc.

DISPOSITIVOS DE INTERFAZ DE POTENCIA


Las interfaces de potencia son dispositivos intermedios entre nuestro microcontrolador y aquellos aparatos que requieran cantidades de corriente mayores a los que pueden manejar nuestro microcontrolador (por lo general estamos hablando de 40 miliamperios como máximo por pin), motores de paso, motores DC, servomotores, lamparas incandescentes, reflectores, grupos de leds son ejemplos de dispositivos que podriamos a llegar a controlar desde el microcontrolador a través de las interfaces de potencia, es un grave error tratar de conectarlos directamente a los pines del microcontrolador. Nos valdremos de transistores, reles, puentes-H o interfaces eléctronicas de control, para construir nuestras interfaces de potencia.

Transistores.

Los transistores pueden funcionar como amplificadores o interruptores, si los utilizamos como interruptores al igual que los relés pueden manejar corrientes altas, controlados por corrientes bajas. Los transistores son dispositivos de tres terminales (patas) y en el caso de los transistores bipolares sus terminales se llaman emisor base y colector, al poner una corriente pequeña en la base, una corriente alta puede pasar del colector al emisor. Entre los transistores bipolares podemos diferenciar dos tipos NPN y PNP.



En un transistor NPN:

La base controla el transistor.
El emisor es la conexión a tierra.
El colector conectará la parte de la carga a tierra.

Postulados.

La conexión base / emisor es como un diodo (Un LED que no emite luz) donde siempre habrá una diferencia de potencial de 0.7 volts. Si hay cero voltios o menos de 0.7 voltios en la base del transistor el diodo no conducirá y no habrá conducción (conexión) entre colector y emisor. Si el diodo conduce el transistor se activará y la corriente podrá pasar del colector al emisor.


Relés.

Son interruptores controlados por una pequeña corriente eléctrica. Según el relé estos pueden ser energizados con una corriente muy pequeña, por lo que pueden ser disparadosdirectamente por el microcontrolador. (asegurarse que no se sobrepasen los 20 miliamperios y que está conectado el diodo de protección). El relé conectará una fuente de alimentación separada al circuito del microcontrolador entregando la corriente necesaria para el funcionamiento del dispositivo a controlar, por lo general lo utilizaremos para conectar fuentes de corriente alterna de alto voltaje (110 o 220 voltios). Al ser un interruptor mecánico puede ser bastante lento, tarda un par de milisegundos para cerrarse, si queremos switchear algo muy rápido el relé no será el dispositivo mas efectivo. Para este tipo de trabajos utilizaremos un transistor.




ENTRE OTROS ESTAN

Solenoides
Motores DC
Motores de paso
Servos

martes, 13 de mayo de 2008

CONTROLADOR

Un controlador es un programa informático que permite manejar un objeto desde una interfaz mediante un software que por ejemplo puede cambiar las entradas y transformarlas en salidas distintas con un fin especifico.
Se puede esquematizar como un manual de instrucciones que le indica cómo debe controlar y comunicarse con un dispositivo en particular.
Por tanto, es una pieza esencial, sin la cual no se podría controlar un dispositivo u objeto


Interfaz de usuario

La interfaz de usuario es el medio con que el usuario puede comunicarse con una máquina, un equipo o una computadora, y comprende todos los puntos de contacto entre el usuario y el equipo.

El principal objetivo de una interfaz de usuario es que éste se pueda comunicar a través de ella con algún tipo de dispositivo, conseguida esta comunicación, el segundo objetivo que se debería perseguir es el de que dicha comunicación se pueda desarrollar de la forma más fácil y cómoda posible para el usuario.

El diseño de la interfaz es crítico para el manejo del equipo, hay algunas muy bien diseñadas que incorporan controles intuitivos y de fácil manejo, en cambio existen otras que no se entienden bien y el usuario no acierta a manejarlas correctamente sin estudiar un manual o recibir formación del experto.



DISPOSITIVOS DE SALIDA

ACTUADOR

Se denominan actuadores a aquellos elementos que pueden provocar un efecto sobre un proceso automatizado. Los actuadores son dispositivos capaces de generar una fuerza a partir de líquidos, de energía eléctrica y gaseosa. El actuador recibe la orden de un regulador o controlador y da una salida necesaria para activar a un elemento final de control como lo son las válvulas.
Existen tres tipos de actuadores:
Hidráulicos
Neumáticos
Eléctricos

Los actuadores hidráulicos, neumáticos y eléctricos son usados para manejar aparatos mecatrónicos. Por lo general, los actuadores hidráulicos se emplean cuando lo que se necesita es potencia, y los neumáticos son simples posicionamientos. Sin embargo, los hidráulicos requieren demasiado equipo para suministro de energía, así como de mantenimiento periódico. Por otro lado, las aplicaciones de los modelos neumáticos también son limitadas desde el punto de vista de precisión y mantenimiento.
Los actuadores eléctricos también son muy utilizados en los aparatos mecatronicos, como por ejemplo, en los robots. Los servomotores CA sin escobillas se utilizaran en el futuro como actuadores de posicionamiento preciso debido a la demanda de funcionamiento sin tantas horas de mantenimiento


Partes de un Actuador
SISTEMA DE "LLAVE DE SEGURIDAD" : Este método de llave de seguridad para la retención de las tapas del actuador, usa una cinta cilíndrica flexible de acero inoxidable en una ranura de deslizamiento labrada a máquina. Esto elimina la concentración de esfuerzos causados por cargas centradas en los tornillos de las tapas y helicoils. Las Llaves de Seguridad incrementan de gran forma la fuerza del ensamblado del actuador y proveen un cierre de seguridad contra desacoplamientos peligrosos.
PIÑÓN CON RANURA: Esta ranura en la parte superior del piñón provee una transmisión autocentrante, directa para indicadores de posición e interruptores de posición, eliminando el uso de bridas de acoplamiento. (Bajo la norma Namur).
COJINETES DE EMPALME: Estos cojinetes de empalme barrenados y enroscados sirven para simplificar el acoplamiento de accesorios a montar en la parte superior. (Bajo normas ISO 5211 Y VDI).
PASE DE AIRE GRANDE: Los conductos internos para el pasaje de aire extra grandes permiten una operación rápida y evita el bloqueo de los mismos.
MUÑONERAS: Una muñonera de nuevo diseño y de máxima duración, permanentemente lubricada, resistente a la corrosión y de fácil reemplazo, extiende la vida del actuador en las aplicaciones más severas.
CONSTRUCCIÓN: Se debe proveer fuerza máxima contra abolladuras, choques y fatiga. Su piñón y cremallera debe ser de gran calibre, debe ser labrado con maquinaria de alta precisión, y elimina el juego para poder obtener posiciones precisas.
CERAMIGARD: Superficie fuerte, resistente a la corrosión, parecida a cerámica. Protege todas las partes del actuador contra desgaste y corrosión.
REVESTIMENTO: Un revestimiento doble, para proveer extra protección contra ambientes agresivos.
ACOPLE: Acople o desacople de módulos de reposición por resorte, o de seguridad en caso de falla de presión de aire.
TORNILLOS DE AJUSTE DE CARRERA: Provee ajustes para la rotación del piñón en ambas direcciones de viaje; lo que es esencial para toda válvula de cuarto de vuelta.
MUÑONERAS RADIALES Y DE CARGA DEL PIÑÓN: Muñoneras reemplazables que protegen contra cargas verticales. Muñoneras radiales soportan toda carga radial.
SELLOS DEL PIÑÓN - SUPERIOR E INFERIOR: Los sellos del piñón están posicionados para minimizar todo hueco posible, para proteger contra la corrosión.
RESORTES INDESTRUCTIBLES DE SEGURIDAD EN CASO DE FALLA: Estos resortes son diseñados y fabricados para nunca fallar y posteriormente son protegidos contra la corrosión. Los resortes son clasificados y asignados de forma particular para compensar la pérdida de memoria a la cual esta sujeta todo resorte; para una verdadera confianza en caso de falla en el suministro de aire.
Los actuadores más usuales son:
Cilindros neumáticos e
hidráulicos. Realizan movimientos lineales.
Motores (actuadores de giro) neumáticos e hidráulicos. Realizan movimientos de giro por medio de energía hidráulica o neumática.
Válvulas. Las hay de mando directo, motorizadas, electroneumáticas, etc. Se emplean para regular el caudal de gases y líquidos.
Resistencias calefactoras. Se emplean para calentar.
Motores eléctricos. Los más usados son de inducción, de continua, brushless y paso a paso.
Bombas, compresores y ventiladores. Movidos generalmente por motores eléctricos de inducción. ´



IMAGEN DE UN ACTUADOR HIDRAULICO

SENSOR

Sensor


Un sensor es un dispositivo capaz de transformar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, en magnitudes eléctricas. Las variables de instrumentación dependen del tipo de sensor y pueden ser por ejemplo temperatura, intensidad luminosa, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, pH, etc. Una magnitud eléctrica obtenida puede ser una resistencia eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una tension eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica (como un fototransistor), etc.
Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor está siempre en contacto con la variable a medir o a controlar. Recordando que la señal que nos entrega el sensor no solo sirve para medir la variable, si no también para convertirla mediante circuitos electrónicos en una señal estándar (4 a 20 mA, o 1 a 5VDC) para tener una relación lineal con los cambios de la variable sensada dentro de un rango(span), para fines de control de dicha variable en un proceso.

Puede decirse también que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la señal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo. Como por ejemplo el termómetro de mercurio que aprovecha la propiedad que posee el mercurio de dilatarse o contraerse por la acción de la temperatura. Un sensor también puede decirse que es un dispositivo que convierte una forma de energía en otra. Áreas de aplicación de los sensores: Industria automotriz, Industria aeroespacial, Medicina , Industria de manufactura, Robótica , etc.


Características de un sensor
Entre las características técnicas de un sensor destacan las siguientes:
Rango de medida:
dominio en la magnitud medida en el que puede aplicarse el sensor.
Precisión: es el error de medida máximo esperado.
Offset o desviación de cero: valor de la variable de salida cuando la variable de entrada es nula. Si el rango de medida no llega a valores nulos de la variable de entrada, habitualmente se establece otro punto de referencia para definir el offset.
Linealidad o
correlación lineal.
Sensibilidad de un sensor: relación entre la variación de la magnitud de salida y la variación de la magnitud de entrada.
Resolución: mínima variación de la magnitud de entrada que puede apreciarse a la salida.
Rapidez de respuesta: puede ser un tiempo fijo o depender de cuánto varíe la magnitud a medir. Depende de la capacidad del sistema para seguir las variaciones de la magnitud de entrada.
Derivas: son otras magnitudes, aparte de la medida como magnitud de entrada, que influyen en la variable de salida. Por ejemplo, pueden ser condiciones ambientales, como la humedad, la temperatura u otras como el envejecimiento (oxidación, desgaste, etc.) del sensor.
Repetitividad: error esperado al repetir varias veces la misma medida.
Un sensor es un tipo de
transductor que transforma la magnitud que se quiere medir o controlar, en otra, que facilita su medida. Pueden ser de indicación directa (e.g. un termómetro de mercurio) o pueden estar conectados a un indicador (posiblemente a través de un convertidor analógico a digital, un computador y un display) de modo que los valores detectados puedan ser leídos por un humano.
Por lo general, la señal de salida de estos sensores no es apta para su lectura directa y a veces tampoco para su proce

sado, por lo que se usa un circuito de acondicionamiento, como por ejemplo un puente de Wheatstone, amplificadores y filtros electrónicos que adaptan la señal a los niveles apropiados para el resto de la circuitería.
TIPOS DE SENSORES


Los detectores de ultrasonidos resuelven los problemas de detección de objetos de prácticamente cualquier material. Trabajan en ambientes secos y polvorientos. Normalmente se usan para control de presencia/ausencia, distancia o rastreo.

Se consiguen interruptores de tamaño estándar, miniatura, subminiatura, herméticamente sellados y de alta temperatura. Los mecanismos de precisión se ofrecen con una amplia variedad de actuadores y características operativas. Estos interruptores son idóneos para aplicaciones que requieran tamaño reducido, poco peso, repetitividad y larga vida.

Descripción: El microswitch es un conmutador de 2 posiciones con retorno a la posición de reposo y viene con un botón o con una palanca de accionamiento, la cual también puede traer una ruedita.Funcionamiento: En estado de reposo la patita común (COM) y la de contacto normal cerrado (NC), están en contacto permanente hasta que la presión aplicada a la palanca del microswitch hace saltar la pequeña platina acerada interior y entonces el contacto pasa de la posición de normal cerrado a la de normal abierto (NO), se puede escuchar cuando el microswitch cambia de estado, porque se oye un pequeño clic, esto sucede casi al final del recorrido de la palanca.

Estos son los sensores más básicos, incluye pulsadores, llaves, selectores rotativos y conmutadores de enclavamiento. Estos productos ayudan al técnico e ingeniero con ilimitadas opciones en técnicas de actuación y disposición de componentes.

Productos para fibra óptica

El grupo de fibra óptica está especializado en el diseño, desarrollo y fabricación de componentes optoelectrónicos activos y submontajes para el mercado de la fibra óptica. Los productos para fibra óptica son compatibles con la mayoría de los conectores y cables de fibra óptica multimodo estándar disponibles actualmente en la industria.
Productos infrarrojos
La optoelectrónica es la integración de los principios ópticos y la electrónica de semiconductores. Los componentes optoelectrónicos son sensores fiables y económicos. Se incluyen diodos emisores de infrarrojos (IREDs), sensores y montajes.

Se incluyen sensores de efecto Hall, de presión y de caudal de aire. Estos sensores son de alta tecnología y constituyen soluciones flexibles a un bajo costo. Su flexibilidad y durabilidad hace que sean idóneos para una amplia gama de aplicaciones de automoción.
Sensores de caudal de aire
Los sensores de caudal de aire contienen una estructura de película fina aislada térmicamente, que contiene elementos sensibles de temperatura y calor. La estructura de puente suministra una respuesta rápida al caudal de aire u otro gas que pase sobre el chip.

Los sensores de corriente monitorizan corriente continua o alterna. Se incluyen sensores de corriente lineales ajustables, de balance nulo, digitales y lineales. Los sensores de corriente digitales pueden hacer sonar una alarma, arrancar un motor, abrir una válvula o desconectar una bomba. La señal lineal duplica la forma de la onda de la corriente captada, y puede ser utilizada como un elemento de respuesta para controlar un motor o regular la cantidad de trabajo que realiza una máquina.

Son semiconductores y por su costo no están muy difundidos pero en codificadores ("encoders") de servomecanismos se emplean mucho.

Los sensores de humedad relativa/temperatura y humedad relativa están configurados con circuitos integrados que proporcionan una señal acondicionada. Estos sensores contienen un elemento sensible capacitivo en base de polímeros que interacciona con electrodos de platino. Están calibrados por láser y tienen una intercambiabilidad de +5% HR, con un rendimiento estable y baja desviación.

Los sensores de posición de estado sólido, detectores de proximidad de metales y de corriente, se consiguen disponibles en varios tamaños y terminaciones. Estos sensores combinan fiabilidad, velocidad, durabilidad y compatibilidad con diversos circuitos electrónicos para aportar soluciones a las necesidades de aplicación.

Los sensores de presión son pequeños, fiables y de bajo costo. Ofrecen una excelente repetitividad y una alta precisión y fiabilidad bajo condiciones ambientales variables. Además, presentan unas características operativas constantes en todas las unidades y una intercambiabilidad sin recalibración.

Los sensores de temperatura se catalogan en dos series diferentes: TD y HEL/HRTS. Estos sensores consisten en una fina película de resistencia variable con la temperatura (RTD) y están calibrados por láser para una mayor precisión e intercambiabilidad. Las salidas lineales son estables y rápidas.

Los sensores de turbidez aportan una información rápida y práctica de la cantidad relativa de sólidos suspendidos en el agua u otros líquidos. La medición de la conductividad da una medición relativa de la concentración iónica de un líquido dado.
Sensores magnéticos

Los sensores magnéticos se basan en la tecnología magnetoresisitiva SSEC. Ofrecen una alta sensibilidad. Entre las aplicaciones se incluyen brújulas, control remoto de vehículos, detección de vehículos, realidad virtual, sensores de posición, sistemas de seguridad e instrumentación médica.
Sensores de presión

Los sensores de presión están basados en tecnología piezoresistiva, combinada con microcontroladores que proporcionan una alta precisión, independiente de la temperatura, y capacidad de comunicación digital directa con PC. Las aplicaciones afines a estos productos incluyen instrumentos para aviación, laboratorios, controles de quemadores y calderas, comprobación de motores, tratamiento de aguas residuales y sistemas de frenado.