UNIDAD 4 SISTEMAS DE CONTROL

SEÑALES ANALÓGICAS Las señales analógicas o continuas varían en cada instante Como ejemplo podemos poner: La variación de temperatura La variación del volumen de un sonido La variación de la intensidad de la luz La variación de la presión atmosférica

SEÑALES DISCRETAS Los ordenadores no pueden trabajar con señales continuas, tan solo pueden hacerlo con ceros y unos, es decir, presentan cambios bruscos de unas posiciones a otras. Estas señales se llaman discretas o digitales. Ejemplos: Encender o apagar una bombilla (hay luz o no hay luz). Abrir y cerrar un interruptor.

CONVERSOR ANALÓGICO - DIGITAL Para poder utilizar una señal continua en un ordenador, se precisa primero convertirla de analógica a digital. (pasar la señal analógica a ceros y unos). La transformación A/D implica las siguientes fases: muestreo cuantificación codificación

MUESTREO Se denomina muestreo a la cantidad de veces que debemos medir el valor de la señal en un periodo de tiempo. El intervalo de tiempo que transcurre entre dos muestras sucesivas se llama periodo de muestreo.

CUANTIZACIÓN Los valores continuos de la señal se convierten en valores discretos que corresponden a los diferentes niveles que contiene la señal analógica original, lo que permite medirlos y asignarles sus correspondientes valores en el sistema numérico decimal, antes de ser convertidos al sistema binario.

CODIFICACIÓN Los valores así obtenidos de la señal, son representados por códigos previamente establecidos, por lo general la señal digital es codificada en cualquiera de los distintos códigos binarios.

CONVERSOR A/D Observa el siguiente ejemplo gráfico. En él se parte de una señal analógica y a través de los tres procesos estudiados se obtiene una digital. Se han ido siguiendo los distintos pasos para convertir una señal eléctrica (tensión) analógica en otra digital codificada en binario natural (BCN).

CONVERSOR A/D Este dispositivo es un ejemplo de la conversión A/D, entra señal analógica (sonido e imagen procedente de un video VHS) y sale a través del USB (ordenador, señal discreta)

SISTEMAS DE CONTOL Este dibujo representa un sistema automático de control de temperatura. La única intervención humana que se precisa es la fijación de la temperatura deseada.

SISTEMAS DE CONTROL La estructura de todos los sistemas automáticos de control es similar, dispone de 3 componentes: Un sensor que mide la temperatura ambiente. Los sensores captan información del entorno y se usan para medir magnitudes físicas: velocidad, temperatura, humedad del ambiente, presión, intensidad de luz… Un controlador, que activa o no el radiador, en función de la información suministrada por el sensor Un actuador, (el radiador). Lleva a cabo la acción para la que se ha diseñado el circuito. Puede ser un motor, una lámpara, cilindros o válvulas neumáticas …

DIAGRAMAS DE BLOQUES El sistema anterior, puede representarse mediante un diagrama de bloques: La entrada (E): Información que recibe el sistema, en nuestro caso la temperatura procedente del termómetro. La Salida (S): La respuesta a esa información: Encendido o apagado del radiador.

DIAGRAMAS DE BLOQUES Los bloques ofrecen una representación simplificada de las relaciones entre la entrada y la salida de los sistemas físicos.

OPERACIONES CON BLOQUES

EJERCICIO Indicar cuál es el sensor y actuador en el siguiente sistema automático de control:

LAZO ABIERTO No todos los sistemas automáticos realizan su función correctamente. Supongamos un sistema de riego automático, programado para regar por las tardes. Riega las plantas, estén secas o húmedas. Se llama de lazo abierto. Controlador: es un reloj, que inicia el proceso a una hora, y lo finaliza a otra. Por ejemplo, desde las 10h hasta las 12h Actuador, es el elemento que realiza el riego: grifo, manguera… Proceso a controlar: La humedad de nuestro jardín. Variable de entrada, o señal de referencia (E) , la humedad deseada, por ejemplo el 30% Variable de salida (S) La humedad final de nuestro jardín. La variable de entrada y la de salida son el mismo tipo de magnitud, en este caso, el % de humedad.

LAZO CERRADO Para resolver el problema anterior, se diseña un sistema cuyo funcionamiento dependa de la salida en cada momento, es decir, un sistema que mida el grado de humedad del proceso en cada momento y ponga el riego en marcha solo cuando sea necesario. Se dice que existe realimentación de la salida a la entrada: Sistema de control de lazo cerrado.

SENSOR – TRANSDUCTOR - CAPTADOR Los conceptos de sensor, transductor y captador son muy similares, hasta el punto que se pueden confundir. Sensor: elemento que se encuentra en contacto directo con la magnitud física que se va a evaluar. Transductor: Se encarga, de transformar la magnitud física obtenida por el sensor en una magnitud eléctrica. Captador: Situado en la señal de salida, se encarga de realimentar el sistema hasta el comparador, incluye en ocasiones al sensor.

EJERCICIOS Las escaleras mecánicas, ¿constituyen un sistema de lazo abierto o lazo cerrado? Indica si se trata de lazo abierto o cerrado: El mecanismo de llenado de una cisterna de agua. Un sistema automático de iluminación. Un tostador de pan Un semáforo. Un reloj. Una lavadora. Dibuja el diagrama de bloques de un sistema de control de lazo abierto.

SENSORES DE Tª. CLASIFICACIÓN A) basados en la dilatación. Ejemplos termómetros de Hg. Láminas bimetálicas. B) basados en la variación de la de la resistencia eléctrica. Termoresistencias, termisores y termopares. C) basados en la radiación de rayos infrarrojos.

SENSORES DE TEMPERATURA (pag. 122) Indica varios sistemas de control en los que se precise medir la temperatura. ¿usan el mismo tipo de sensor? Los sensores de temperatura se basan en diferentes fenómenos físicos, que dependen de la variación de la temperatura: La dilatación de los metales. El cambio de la resistencia eléctrica. La emisión de radiación infrarroja.

SENSORES DE TEMPERATURA Sensores basados en la dilatación. Los cuerpos experimentan aumento de tamaño al aumentar la temperatura. Ejemplo: termómetro de mercurio. También experimentan este hecho las láminas bimetálicas, están hechas de distinto metal, y al calentarse se dilatan de distinta manera y el conjunto se dobla, impidiendo el paso de la corriente

SENSORES DE TEMPERATURA Nota previa: el termostato es un aparato que abre o cierra un circuito eléctrico, en función de la temperatura. Su versión más básica es una lámina bimetálica.

2. SENSORES BASADOS EN LA VARIACIÓN DE LA RESISTENCIA ELÉCTRICA Pueden ser de tres tipos: Termoresistencias o RTD: Basados en la variación de resistencia que experimentan los metales con la Tª Termistores: Basados en la variación de resistencia de un semiconductor con la temperatura. Pueden ser: Termistores con coeficiente de temperatura positivo (PTC): Resistencia aumenta con la Tª Termistores con coeficiente de temperatura negativo (NTC): resistencia disminuye con la Tª Termopar: Consiste en dos metales diferentes que se unen en un punto, en ese punto se genera un voltaje, proporcional a la Tª. Se usan cuando se precisa un amplio margen de tªs (ej. -200ºC hasta 1200ºC)

TERMISORES Y TERMOPARES

3. SENSORES DE Tª BASADOS EN LA RADIACIÓN INFRARROJA Todos los cuerpos emiten una radiación infrarroja, que es proporcional a su temperatura. Ejemplos: detectores de presencia que abren una puerta, detectores de incendio, cámaras de visión nocturna.

EJERCICIOS

RESPUESTA: LENTE DE PLÁSTICO DE SENSOR DE MOVIMIENTO Tiene por objeto concentrar los rayos infrarrojos, para un mayor alcance

DETECTORES VOLUMÉTRICOS PARA ALARMAS (PIR) (pasivo infrarrojo) EL principio de funcionamiento de los detectores PIR, está basado en la diferencia (moderada) entre la temperatura del ambiente y la temperatura del cuerpo humano. Cuando la temperatura del cuerpo humano difiere de la temperatura del ambiente, la radiación generada por el intruso es empleada para activar una alarma. La desventaja de este tipo de sensor es que si la temperatura ambiente cambia bruscamente, ya sea por corrientes de aire al dejar una ventana abierta o por la dejar el aire acondicionado encendido,  pueden ocasionar falsas alarmas.

IMAGEN NOCTURNA POR INFRARROJOS

Resumen SENSORES TÉRMICOS 1. BASADOS EN LA DILATACIÓN DE LOS METALES 2. BASADOS EN LA VARIACIÓN DE LA RESISTENCIA ELECTRICA CON LA TEMPERATURA A) TERMORESISTENCIAS (metales) B) TERMISORES (semiconductores) B.1) PTC (coeficiente de temperatura positivo) B.2) NTC (coeficiente de temperatura negativo) C) TERMOPARES 3. RADIACIÓN INFRARROJA

SENSORES DE POSICIÓN Mediante este sensor, se permite conocer la posición de un objeto. Por ejemplo: Si un ascensor ha llegado al piso seleccionado. Si alguien abre una puerta, suena una alarma. A) INTERRUPTORES MECÁNICOS El objeto se detiene cuando hace contacto con el interruptor. Los más usados son los interruptores final de carrera, que dispone de una lámina sobre la que choca el objeto y activa el interruptor.

SENSORES DE POSICIÓN B) INTERRUPTORES DE PROXIMIDAD MAGNÉTICOS Formados por dos piezas imantadas que mandan una señal cunado se separan.

SENSORES DE POSICIÓN 3) ÓPTICOS: Emiten un rayo de luz, y comprueban si alcanza al receptor. Como emisor se utiliza un diodo LED infrarrojo, para evitar interferencias con la luz visible. Como receptor, una resistencia LDR, fotodiodos o fototransistores.

SENSORES DE POSICIÓN ÓPTICOS Se utilizan en: Apertura de puertas de garaje, o correderas en centros comerciales, puertas automáticas de ascensor, sistemas de alarma

SENSORES DE POSICIÓN CAPACITIVOS Basados en condensadores, cuya capacidad varía en presencia de determinados materiales. Utilizados en sistemas de detención de llenado de botellas, corte de piezas de madera, pantallas táctiles de ordenadores. Ejercicio: buscar en Internet información sobre pantallas táctiles capacitivas.

EJERCICIOS SENSORES DE POSICIÓN

SENSOR DE POSICIÓN A PARTIR DE UN POTENCIOMETRO (sensor de desplazamiento de tipo resistivo) Un potenciómetro es una resistencia variable. El elemento móvil se desplaza por la resistencia, en función de su posición variará su voltaje según la ley de Ohm. Por lo tanto, a través el voltaje, podremos conocer la posición el elemento móvil.

SENSOR QUE UTILIZA UN ROBOT SIGUE LINEAS Siguen la línea a través de un sensor de infrarrojos, que tiene dos componentes, LED INFRARROJO y FOTOTRANSISTOR. El primero emite una señal, que puede ser rebotada o absorbida) (color blanco o negro). Si ambos sensores detectan negro, seguirá avanzando. Si el derecho detecta blanco, girará a la izquierda, si el izquierdo detecta blanco, girará a la derecha. Si ambos detectan blanco, el robot se para.

SENSORES BASADOS EN LA VARIACIÓN DE PRESIÓN Y FUERZA Galgas extensiométricas: Formadas por una superficie metálica muy fina, pegada a una superficie flexible. Cuando se deforma se produce una variación de la resistencia, proporcional a la deformación. Se emplean en básculas, en la medición de deformaciones en edificios y puentes, etc. Manómetro Bourdon: Dispone de un tubo flexible que se deforma con la presión, variando la posición de la aguja

OTROS SENSORES SENSORES DE HUMEDAD SENSORES DE GASES Y HUMOS SENSOR DE SONIDO