Apuntes de Sensores Discretos 2024-2025

Sensores Discretos Tipos de sensores, aplicaciones, conexión y Repaso Lógica Cableada. 2.2 Sensores industriales, los sentidos de la máquina Definición: Un Sensor es un dispositivo capaz de medir una magnitud física u otras alteraciones de Luminosidad...

Sensores Discretos Tipos de sensores, aplicaciones, conexión y Repaso Lógica Cableada. 2.2 Sensores industriales, los sentidos de la máquina Definición: Un Sensor es un dispositivo capaz de medir una magnitud física u otras alteraciones de Luminosidad su entorno. En automatización, si la señal del sensor se tiene que adaptar, se añade un Presión Temperatura acondicionador de señal que llamamos transductor, transmisor… aunque esto se da normalmente sen sensores analógicos y no con los sensores discretos que veremos en esta unidad.. Nivel Sensor Distancia Humedad Presencia Sensor Velocidad Iván MC y ARV Sensores Discretos 2  Según el principio de Según el tipo de Salida funcionamiento Digitales Activos Analógicos Pasivos Temporales Según la variable física medida Según el nivel de Integración Posición Discretos Temperatura Integrados Caudal, etc… Inteligentes 2.3 Clasificación de los Según la tecnología Según Salida Eléctrica Sensores empleada Relé Inductivos SICK AG based in Germany, is a global Transistor manufacturer of sensors and sensor solutions for Capacitivos industrial applications. Was founded in 1946 by Analógica, etc… Erwin Sick (1909-1988). Fotoeléctricos, etc… Iván MC y ARV Sensores Discretos 3 2.3 Según el principio de funcionamiento Fuente de Alimentación Activos Pasivos Generan una señal eléctrica (mV, mA…) Generan señales representativas de Piezoeléctricos, Resistivos, las magnitudes a medir gracias a una representativa a la magnitud física medida fotovoltaicos, sin necesidad de fuente de alimentación Capacitivos, fuente auxiliar (24 VDC). termoeléctricos, … externa. Inductivos, Fotoeléctricos… SÍ necesitan una fuente de NO necesitan una fuente de alimentación externa para poder alimentación externa para poder funcionar. funcionar. Iván MC y ARV Sensores Discretos 4  2.3 Según el tipo de salida Digitales Analógicos Temporales 2 Estados ON/OFF Señal proporcional continua Señal repetitiva temporalmente La salida sólo tiene 2 Emiten una señal Las señales se repiten de forma estados posibles: 1-0, continua, que es cíclica, suelen ser cuadradas ON/OFF, Todo/Nada, proporcional a la magnitud como en el caso de encoders. Encendido/Apagado… a medir. Se utilizan en mediciones de Pulsadores, sensores de Las salidas suelen ser de velocidad, posición lineal o presencia (detector)… tensión, o corriente eléctrica. angular… Los rangos más comunes son: 0-5V, 0-10V, 0-20mA y 4-20 mA (ventaja rotura de hilo). Sensores de temperatura, presión, distancia, luminosidad… ¿Histéresis? Iván MC y ARV Sensores Discretos 5  2.3 Según el nivel de integración Inteligentes Con funciones especiales y avanzadas Realiza siguientes funciones Discretos Integrados avanzadas: Sólo sensor (sin transductor) Sensor + Transmisor en el mismo encapsulado Entrega su medida por comunicaciones. Sensor en el que el Elemento sensor y circuito circuito de acondicionador (al menos Configurable a distancia y acondicionamiento se este último) construidos en un con autoconfiguración. realiza mediante único circuito integrado, Alarmas de sensor sucio, componentes electrónicos monolítico o hibrido. sensor conectado separados e equivocado... interconectados entre sí. Sensores comerciales: Fotocélulas, inductivos, Se utilizan en industria 4.0 y LDR, Termorresistencia, capacitivos, encoder, el protocolo de comunicación Celda de carga, Pt100, ultrasonidos… más estandarizado es IO-Link Termopar, Fototransistor… Iván MC y ARV Sensores Discretos 6 2.3 Según la variable física medida Iván MC y ARV Sensores Discretos 7 2.3 Según la tecnología empleada Mecánicos Magnéticos Encoders Fluidos y Inductivos Temperatura Gases Presión Capacitivos Láser y/o Fuerza Fotoeléctricos Ultrasonidos Radar Iván MC y ARV Sensores Discretos 8 2.3 Según conexión Eléctrica Normalmente Abierto (NA) Los más utilizados en Automatización Normalmente Relé 2 hilos Cerrado (NC) Corriente NA - NC - COM Continua (CC) 3 hilos Los más utilizados en Automatización 4 hilos PNP 2 hilos Tipo de Salida Transistor NPN Eléctrica Tipo de Corriente Alterna Alimentación (CA) 3 hilos Push-Pull 2-3 hilos CA/CC Tensión 0-10V Multitensión 4 hilos CA/CC Corriente Analógica 4-20mA 5 hilos CA/CC Especiales (mV, Ω…) Iván MC y ARV Sensores Discretos 9  2.3 Según conexión Eléctrica Corriente Alterna (AC) Corriente Continua (CC) Tipo de Alimentación 2 Hilos 3 Hilos 4 Hilos Corriente Continua Corriente Continua Corriente Continua Colores Normalizados para Sensores en UE 5 Hilos Multitensión (CA/CC) Corriente Alterna Corriente Alterna Iván MC y ARV Sensores Discretos 10 2.3 Según conexión Eléctrica Libre de Potencial Tipo de Conexión Eléctrica Relé Iván MC y ARV Sensores Discretos 2.3 Según conexión Eléctrica Salida Transistor PNP NPN Conexión de Configuración Mediante Cable White Iván MC y ARV Sensores Discretos  (210) Miniature distance sensor FT 25-R(L)A Teach-in Analogue output - YouTube 2.3 Según conexión Eléctrica Salida Analógica Tensión (V) Corriente (A) 0V 5V 0V 10V 0mA 20mA 4mA 20mA Especiales Galgas, Termopares, Termorresistencias, etc… Iván MC y ARV Sensores Discretos  Sensores Mecánicos 2.4 Sensores Pulsatería Mecánicos Finales de Carrera Iván MC y ARV Sensores Discretos 14 2.4.1 Pulsatería Definición: En la pulsatería se incluyen todas las variantes de pulsadores e interruptores (switch). Se accionan de forma manual y su función es permitir o interrumpir el paso de la corriente eléctrica. Cámaras de Contactos Existen muchas variantes, entre las más comunes: Pulsadores, Interruptores, Setas de emergencia, Pedales, Selectores manuales, Selectores de llave… Cuerpo ¿NC o NA? Cabeza / Accionamiento Además, sus contactos eléctricos y mecánicos son muy configurables: NC (NC) y NA (NO), es decir normalmente cerrados y normalmente abiertos. Con enclavamiento o sin enclavamiento. 1, 2, 3 cámaras de contactos. Iván MC y ARV Sensores Discretos 15 2.4.1 Pulsatería Hoy en día, también por comunicaciones industriales Como PROFINET Iván MC y ARV Sensores Discretos 16 2.4.2 Finales de Carrera Definición: El interruptor de posición, conocido como “Final de Contactos Carrera” o “Limit Switch”, conmuta cuando el objeto Rectilíneo Angular acciona físicamente el elemento actuador. Su emisión de señal es digital binaria y se realiza por cierre o apertura de un contacto electromecánico, informando sobre: presencia o ausencia, paso, posicionamiento, Tipos más Comunes final de carrera (recorrido de un móvil). Existen muchas variantes, entre las más comunes: 1. Émbolo (tipo pulsador) Émbolo, Roldana, Palanca, Varilla… 2. Émbolo y roldana 1 2 3 3. Palanca y roldana lateral 4 Además sus contactos eléctricos y mecánicos son muy 4. Palanca y roldana vertical 5. Palanca y roldana angular configurables: 6. Palanca y roldana angular NC (NC) y NA (NO), es decir normalmente cerrados y de longitud variable normalmente abiertos. 7. Varilla rígida Con enclavamiento o sin enclavamiento. 8. Varilla flexible 1, 2, 3 cámaras de contactos. 5 6 7 8 Iván MC y ARV Sensores Discretos 17 2.4.2 Finales de Carrera Todos los fabricantes ofrecen muchas opciones de configuración para que se adapten correctamente a las necesidades del automatismo. También disponen de artículos especiales para aplicaciones de seguridad en máquina. pestillos Iván MC y ARV Sensores Discretos 18 2.4.3 Ventajas e Inconvenientes Las ventajas e inconvenientes de los sensores mecánicos son las siguientes: Ventajas Inconvenientes Separación galvánica Velocidad de detección lenta Altas corrientes de conmutación Velocidad de conmutación lenta Tensiones de uso altas Precisan contacto físico Inmunidad a CEM Número de maniobras limitado Resistentes y Robustos No apto para altas vibraciones Fácil instalación Bajo grado de protección IP Asociación serie/paralelo fácil Alta seguridad de conmutación/corte Iván MC y ARV Sensores Discretos 19 2.4.4 Aplicaciones Los sensores mecánicos se aplican en: Ambientes con alta contaminación electromagnética. (Instalaciones de soldadura, variadores de frecuencia, etc). Aplicaciones en las que se precisa establecer límites de seguridad en el recorrido de las máquinas o en las posiciones de seguridad. Máquinas de elevación (Ascensores, Montacargas…) Puentes levadizos. Puertas y barreras de parking. Máquina herramienta (Fresas, Taladros, Tornos…) Cintas transportadoras. Iván MC y ARV Sensores Discretos 20  2.5 Sensores Inductivos Sensores Inductivos Suelen ser sensores relativamente baratos de fabricar. Todos los fabricantes disponen de una Industriales gama estándar de inductivos. Detección de La mayoría son de fabricación asiática, aunque Vehículos reetiquetados por las marcas correspondientes. En cuanto a los lazos inductivos para detección de vehículos, existen 3 grandes fabricantes: Maps (España), Capsys (Francia) y Nortech (Australia). Iván MC y ARV Sensores Discretos 21 2.5.1 Principio de Funcionamiento Funcionamiento: Estos sensores disponen de bobinados y un oscilador que crean un campo magnético alterno (100 kHz y 1 MHz). Cuando se altera este campo magnético mediante un objeto metálico, las corrientes inducidas producen una carga adicional que provoca la disminición de las oscilaciones y el disparo de salida y la señal correspondiente. Función Permiten detectar objetos metálicos a distancias cortas. Iván MC y ARV Sensores Discretos 22 2.5.2 Sensores Inductivos Industriales Tipos y variantes: Los sensores inductivos se utilizan mucho a nivel industrial y existen muchas variantes según su ámbito de aplicación. M8 M12 M18 M30 Iván MC y ARV Sensores Discretos 23 2.5.3 Ventajas e Inconvenientes (Inductivos Industriales) Las ventajas e inconvenientes de los sensores inductivos son las siguientes: Ventajas Inconvenientes No hay contacto físico Detectan sólo objetos metálicos Número de maniobras ilimitado Alcance muy corto (Normalmente Resistente a entornos industriales menos 10 mm y hasta 50mm) Frecuencia de conmutación muy alta (hasta 5Khz) Vulnerables a CEM Grado de protección IP muy alto La distancia de detección Precio muy económico depende del metal a detectar Fácil instalación Resistente a vibraciones y golpes Exactitud de conmutación Iván MC y ARV https://www.youtube.com/watch?v=YnsCrdUvNXA Sensores Discretos 24  2.5.4 Aplicaciones (Inductivos Industriales) Los sensores inductivos se aplican en: Control de proceso. Control de posición, velocidad, desplazamiento. Control de ruptura de acoplamiento. Contaje o Selección de objetos metálicos. https://www.youtube.com/watch?v=iZkW49IPNF4 https://www.youtube.com/watch?v=l_xQFH4y6k8 Iván MC y ARV Sensores Discretos 25 2.5.5 Ficha técnica (Inductivos Industriales) Las características técnicas más importantes de los sensores inductivos son: Distancia de detección, Montaje Enrasado/No Enrasado Tipo de salida (PNP, NPN, Relé…) Alimentación, frecuencia de conmutación máx. Protección IP, Corriente máxima de salida, etc. Iván MC y ARV Sensores Discretos 26  Sensores Capacitivos Estándar Especiales 2.6 Sensores Capacitivos Suelen ser sensores que todos los fabricantes disponen de una gama estándar, pero si se necesitan para aplicaciones más específicas, hay que recurrir a marcas especializadas. En cuanto a la fabricación de capacitivos, existen 3 grandes fabricantes: Rechner, Turck y Balluff. Iván MC y ARV Sensores Discretos 27 2.6.1 Principio de Funcionamiento Funcionamiento: En la parte frontal de un sensor capacitivo tenemos dos electrodos concéntricos formando un condensador abierto. Cuando un objeto (sea conductor o no) se aproxima se modifica el espacio entre electrodos y por lo tanto la capacidad varía. Esta variación hace que el circuito comience a oscilar y cuando la amplitud de oscilación alcanza un cierto valor, el circuito de salida se activa. https://www.youtube.com/watch?v=Y1mA50tEmLQ Función Permiten detectar objetos metálicos y No metálicos a distancias cortas. Iván MC y ARV Sensores Discretos 28 2.6.2 Sensores Capacitivos Estándar Tipos y variantes: Los sensores capacitivos se utilizan mucho a nivel industrial y existen muchas variantes según su ámbito de aplicación. Normalmente rosca plática M8 M12 M18 Plástico M30 Ojo, también hay con rosca metálica Iván MC y ARV Sensores Discretos 29 2.6.3 Sensores Capacitivos Especiales Tipos y variantes: Si el material a detectar es pegajoso o altamente conductivo (miel, pegamento, kétchup, mayonesa cerveza…). Los sensores capacitivos pueden llegar a ser muy específicos y caros. Iván MC y ARV Sensores Discretos 30 2.6.4 Aplicaciones (Capacitivos Estándar) Los sensores capacitivos estándar se aplican en: Detección de nivel en materiales sencillos (agua, cereal, pienso, madera, pellet…) Llenado de cubas y camiones. Detección y contaje en llenados de cajas. https://www.youtube.com/watch?v=KBKdhVj1deE https://www.youtube.com/watch?v=I 7wcMfWGQPE Iván MC y ARV Sensores Discretos 31 2.6.4 Aplicaciones (Capacitivos Estándar) Los sensores capacitivos estándar se aplican en: Clasificación por tamaños. Pulsadores táctiles Presencia de producto dentro de un envoltorio opaco. https://www.youtube.com/watch?v=b3tW4nWUjCo Iván MC y ARV Sensores Discretos 32 2.6.5 Aplicaciones (Capacitivos Especiales) Los sensores capacitivos especiales se aplican en: Detección de nivel en materiales conflictivos Impresoras 3D metal, cerámicas, plásticas Plástico/Pegamento/Cola Cerveza, Kétchup, Miel, Aceite, Tinta Industria alimentaria y farmacéutica … Iván MC y ARV Sensores Discretos 33 2.6.6 Ficha técnica (Sensores Capacitivos) Las características técnicas más importantes de los sensores capacitivos son: Distancia de detección, Montaje Enrasado/No Enrasado Tamaño Métrica, Tipo de salida (PNP, NPN, Relé…) Alimentación, frecuencia de conmutación máx. Protección IP, Corriente máxima de salida, etc. Iván MC y ARV Sensores Discretos 34  Sensores Fotoeléctricos Estándar Cortinas Fibras Ópticas 2.7 Sensores Fotoeléctricos Suelen ser sensores que todos los fabricantes disponen de una gama estándar, pero si se necesitan para aplicaciones más específicas, hay que recurrir a marcas especializadas. En cuanto a la especialización, existen varios fabricantes a destacar según su especialidad: Sick (Líder del mercado en ventas) Keyence (Referente en altas prestaciones) IFM (Precios más agresivos) Iván MC y ARV Sensores Discretos 35 2.7.1 Principio de Funcionamiento Funcionamiento: Un detector fotoeléctrico (o célula fotoeléctrica) se compone de un emisor de luz visible o no visible (diodo LED) asociado a un receptor fotosensible (fototransistor o LDR). La detección de un objeto es efectiva cuando interrumpe o hace variar la intensidad del haz luminoso. Función Permiten detección de objetos, formas, colores y diferencias de superficie a largas distancias. Iván MC y ARV Sensores Discretos 36 2.7.2 Sensores Fotoeléctricos Tipos y variantes: Existen 3 grandes familias de sensores fotoeléctricos basados en su variante de funcionamiento: Barrera Réflex Proximidad (Difuso) Emisor y Receptor enfrentados Emisor y Receptor en el mismo Emisor y Receptor en el mismo encapsulado. Necesario un Reflector. encapsulado. Reflecta sobre el objeto. Iván MC y ARV Sensores Discretos 37 2.7.2 Sensores Fotoeléctricos Tipos y variantes: Según el encapsulado, se pueden encontrar muchas variantes: Cilíndricos (lisos) Cilíndricos (roscados) Prismático (Miniatura) Prismático (Petaca) M8 - M12 - M18 - M30 Cortina Ventana Herradura Iván MC y ARV Sensores Discretos 38 2.7.3 Ventajas e Inconvenientes (Fotocélulas general) Las ventajas e inconvenientes de las fotocélulas en general son las siguientes: Ventajas Inconvenientes No hay contacto físico Limitadas en entornos muy sucios Número de maniobras ilimitado En algunos casos la luz ambiente Resistente a entornos industriales puede afectar. Frecuencia de conmutación altas Vulnerables a CEM (campos Grado de protección IP muy alto electromagnéticos). Precio económico (estándar) La distancia de detección Fácil instalación depende del propio material (color, Resistente a vibraciones y golpes transparencia, reflexión del objeto, si es sólido, liquido o polvoriento) Distancias de detección muy grandes Iván MC y ARV Sensores Discretos 39 2.7.4 Ventajas e Inconvenientes (Barrera) Las ventajas e inconvenientes de las fotocélulas de Barrera son las siguientes: Ventajas Inconvenientes Es el modo de trabajo más fiable Es necesario llevar tensión de Apropiados para los entornos más alimentación a ambos lados. difíciles (polvo, humos, vapores, En distancias cortas puede haber lluvia…) 2 mtrs. reflejos que afecten. Se consiguen los mayores alcances 5 mtrs. (hasta 300m+) 10 mtrs. Los objetos transparentes son 25 mtrs. difíciles de detectar (son La detección no se ve afectada por el color del objeto a detectar. 35 mtrs. atravesados) 50 mtrs. Pueden detectar objetos muy Alineación a largas distancias 100 mtrs. pequeños. debe ser muy rigurosa. 300 mtrs. Iván MC y ARV https://www.youtube.com/watch?v=Jwdsz6Sz_f0&list=PLXtz_Anwq59jILmv0V39mV1KSG3qRNesl Sensores Discretos 40 2.7.4 Aplicaciones (Barrera) Los sensores fotoeléctricos de barrera se usan en: Control de presencia y accesos a cortas y largas distancias. Presencia de piezas pequeñas. Clasificación por tamaños. Ambientes hostiles Iván MC y ARV Sensores Discretos 41 2.7.5 Ventajas e Inconvenientes (Réflex) Las ventajas e inconvenientes de las fotocélulas Réflex son las siguientes: Ventajas Inconvenientes Emisor y receptor en el mismo Le afecta más el polvo y la cuerpo (una alimentación) suciedad que al de barrera. Se consiguen alcances medios Dependiendo del modelo (sin (hasta 20m+) polarización), puede captar reflejos Se permite cierta desalineación. 0,5 mtrs. extraños de elementos brillantes 2 mtrs. próximos. Óptimos para detectar objetos 5 mtrs. transparentes (polarización) No son adecuados para detectar 10 mtrs. 15 mtrs. objetos pequeños. 20 mtrs. Iván MC y ARV Sensores Discretos 42 2.7.5 Aplicaciones (Réflex) Los sensores fotoeléctricos Réflex se usan en: Puertas automáticas y garajes. Detección de objetos transparentes o muy brillantes. Presencia, paso, contaje… Iván MC y ARV Sensores Discretos 43 2.7.5 Fotocélulas (Réflex Polarizadas) Los sensores fotoeléctricos Réflex Polarizados son necesarios para evitar falsos reflejos en objetos con superficies muy brillantes o transparentes. Vehículos metalizados o sin pintar. Objetos transparentes o plásticos muy brillantes. Iván MC y ARV (319) Photoelectric Sensors - Retro-Reflective - Part 2 - Datalogic - YouTube Sensores Discretos 44 2.7.6 Ventajas e Inconvenientes (Proximidad / Difuso) Las ventajas e inconvenientes de las fotocélulas Proximidad o Difuso son las siguientes: Ventajas Inconvenientes Emisor y receptor en el mismo El alcance varía en función del color cuerpo (una alimentación). del objeto (evitar oscuros). Adecuadas cuando no se puede 5 Cmtrs. Distancias de detección más cortas. colocar un receptor/espejo. 25 Cmtrs. El plano posterior puede afectar a Son los más económicos. 50 Cmtrs. la detección (supresión de fondo) No es necesaria la alineación. 1 mtrs. Óptimos cuando el fondo es muy No son adecuados para detectar 2 mtrs. claro (supresión de fondo). objetos pequeños. Óptimos para detectar objetos Método de detección menos seguro, transparentes (novedad). más vulnerables a la suciedad. Iván MC y ARV Sensores Discretos 45 2.7.6 Aplicaciones (Proximidad / Difuso) Los sensores fotoeléctricos Difusos se usan en: Lugares donde no sea posible instalar reflector o barrera. Detección de objetos transparentes o muy brillantes. Detección de objetos oscuros sobre fondos claros (supresión de fondo). Presencia, paso, contaje… Iván MC y ARV https://www.youtube.com/watch?v=TfQVgUE4-5o&feature=youtu.be Sensores Discretos 46 2.7.6 Fotocélulas (Supresión de fondo) Los sensores fotoeléctricos de Supresión de Fondo se basan en el principio de triangulación y son necesarios en los siguientes casos: Detectar objetos de diferentes colores, a la misma distancia. Detectar objetos oscuros sobre fondos claros. Ignorar el fondo del proceso. Principio de Triangulación Iván MC y ARV https://www.youtube.com/watch?v=N8zJgvBzVdk Sensores Discretos 47 2.7.7 Ficha técnica (Sensores Fotoeléctricos) Las características técnicas más importantes de los sensores fotoeléctricos son: Distancia de detección, rango de ajuste, tipo de Luz. Tipo de tecnología, Tipo de salida (PNP, NPN, Relé…) Alimentación, frecuencia de conmutación máx. Protección IP, Corriente máxima de salida, etc. Iván MC y ARV Sensores Discretos 48 2.7.8 Cortinas fotoeléctricas Funcionamiento: Las Cortinas fotoeléctricas se basan en el principio de Barrera o Difuso. Constan de varios haces luminosos que forman una cortina y sirven para cubrir áreas de detección más grandes. Función Permiten detectar presencia de objetos o personas en áreas más grandes que con fotocélulas de haz simple. Iván MC y ARV Sensores Discretos 49 2.7.8 Cortinas Fotoeléctricas Tipos y variantes: Existen 2 familias de cortinas fotoeléctricas, las estándar y las de seguridad: Estándar De Seguridad Barrera o Difusa Resolución Dedo, Mano o Brazo Certificados especiales Haces paralelos o Cruzados Iván MC y ARV Sensores Discretos 50 2.7.8 Aplicaciones (Cortinas Fotoeléctricas) Las cortinas fotoeléctricos se usan en: Puertas de ascensores, puertas rápidas industriales. Lavaderos de coches, clasificación de vehículos en autopistas. Detección de personas en tornos y accesos. Clasificación de objetos por tamaño… Iván MC y ARV Sensores Discretos 51 2.7.8 Aplicaciones (Cortinas de seguridad) Las cortinas de seguridad se usan en: Paletizadoras, troqueladoras, sierras, máquinas de corte. Jaulas de robots. Cerramientos para áreas peligrosas de producción. Almacenes automáticos Iván MC y ARV Sensores Discretos 52 2.7.8 Ficha técnica (Cortinas Fotoeléctricas) Las características técnicas más importantes de las cortinas fotoeléctricas son: Certificados de seguridad (SIL 1, 2, 3, 4). Distancia de detección Resolución, altura protegida… Protección IP, Corriente máxima de salida, etc. Iván MC y ARV Sensores Discretos 53 2.7.9 Fibras ópticas Funcionamiento: Las Fibras Ópticas se basan en el principio de Barrera o Difuso. Constan de un amplificador encargado de emitir la luz a las fibras y recibirla de vuelta también a través de éstas para dar una señal de salida. Función Permiten detectar presencia de objetos muy pequeños o en lugares de muy difícil acceso o temperaturas extremas. Fibra de Vidrio Fibra de Plástico Altas temperaturas Bajas temperaturas Más cara Más barata Iván MC y ARV Sensores Discretos 54 2.7.9 Aplicaciones (Fibras Ópticas) Las fibras ópticas se usan en: Industria farmacéutica, electrónica, ferretería... Alineación de rollos en industria textil. Detección de objetos muy pequeños. Lugares con temperaturas extremas (hornos, etc…) +300 ºC Iván MC y ARV https://www.youtube.com/watch?v=AotVHlkQD2s Sensores Discretos 55  2.7.9 Ficha técnica (Fibras Ópticas) Las características técnicas más importantes de las fibras ópticas son: Mínimo tamaño de objeto, radio de torsión máximo Temperatura ambiente, distancia de detección (mm) Tipo de salida del amplificador, Protección IP Corriente máxima de salida, métrica roscada… Iván MC y ARV Sensores Discretos 56  Antes de seguir Conexión Sensores viendo más tipos de Discretos sensores, veamos un repaso a la PNP lógica cableada NPN CADESIMU Conexión Sensores y Lógica Cableada Se trata de saber conectar los sensores para asociarlos con relés y establecer la lógica de control para aplicaciones sencillas y saber conectar los sensors a PLCs de distintos fabricantes y modelos. Iván MC y ARV Sensores Discretos 57 Repaso Lógica Cableada Básica Función "O" (Suma lógica) La salida se activa siempre que una de sus entradas estén a 1 lógico. Ejemplo: Si pulsamos “S1” o “S2” se activa “K1M”: La “o” equivale a la operación lógica “+”. K1M = S1 + S2. La operación “+” equivale a una conexión eléctrica en paralelo. Función “Y” (Producto Lógico) La salida se activa siempre que todas sus entradas estén a 1 lógico. Ejemplo: Si pulsamos “S1” y “S2” al mismo tiempo se activa “K1M”: La “y” equivale a la operación lógica “·”. K1M = S1 · S2. La operación “·” equivale a una conexión eléctrica en serie. 58 Iván MC y ARV Sensores Discretos 58 Repaso Lógica Cableada Básica Función “NOT " (Inversión lógica) La salida se activa siempre que su entrada esté a “0” lógico. Ejemplo: Si “S1” NO se Activa “H1” se ilumina: La “NOT” se indica mediante una barra encima de la variable. H1= S1. La operación “NOT” de una variable equivale a un contacto NC. H 1  S1 KA1  S 2 Iván MC y ARV Sensores Discretos 59 Repaso Lógica Cableada Básica Enclavamiento Marcha Prioritaria Relé = Activación + Relé·Reset Ejemplo: K1 = S1 + K1·S2(NC) Enclavamiento Paro Prioritario Relé = (Activación + Relé) · Reset Ejemplo: K1 = (S1 + K1)·S2(NC) ¿Si Reset NO es un pulsador y es un sensor? Iván MC y ARV Sensores Discretos 60 Conexión sensor NPN / PNP para Activar Carga AC Simular Circuito con CadeSimu Función Pulsador de marcha activa la cinta (simular con lámpara AC verde) y se detiene en caso de pulsar Paro o si el sensor detecta material. Realizar dos esquemas, uno con sensor NPN y otro con sensor PNP. Debes ser capaz de realizar: Ecuaciones lógicas y Esquema normalizado a mano y Simulación en CadeSimu. Iván MC y ARV Sensores Discretos 61 Repaso Lógica Cableada Básica Pasar estas condiciones a ecuaciones lógicas: Problema 2: Al accionar sobre un pulsador “S1” un relé K1A debe activarse siempre y cuando se detecte pieza mediante un FC mecánico “S2”. El relé permanecerá en este estado hasta que se active S3 o S4 (Marcha prioritaria). Solución 2: Activación: S1·S2 ; Desactivación: S3 + S4. KM1 = S1·S2 + KM1·(S3+S4) ¿Es correcto? ¿Cómo pasamos a contactos la suma negada? Aplicar De Morgan Iván MC y ARV Sensores Discretos 62 Repaso Lógica Cableada Básica TEOREMA de “De Morgan” Algunas de las transformaciones que podemos hacer con señales lógicas son: La suma de variables negadas es igual al producto de esas variables negadas de forma individual. El producto de variables negadas es igual a la suma de éstas, negadas de forma individual. S1+S2 = S1 · S2 S1·S2 = S1 + S2 Problema 2  K1M = S1·S2 + K1M·(S3+S4) El Objetivo es tener variables negadas de forma individual ya que equivalen a contactos NC. ¿Cómo sería con Reset Prioritario? Iván MC y ARV Sensores Discretos 63 Repaso Lógica Cableada Básica RESUMEN Reglas de Diseño (Síntesis) DESACTIVAR: Para desactivar una bobina SENSORES: En caso desde varias entradas debemos conectar de tener sensores contactos NC de éstas en serie dentro de la lógica de ACTIVAR: Si queremos activar una bobina, control, la mejor desde varios dispositivos de entrada, los opción es que el conectarlos en paralelo. sensor active un relé y REALIMENTACIÓN: Conectar en paralelo trabajar con los con la “ACTIVACIÓN” un contacto NA de el contactos de este relé mismo (Salida, relé, contactor). para establecer la lógica cableada. CONTACTOR INCOMPATIBLES: Cuando dos contactores no pueden entrar al mismo tiempo, se conecta un contacto NC en serie justo antes de la bobina. Iván MC y ARV Sensores Discretos 64 Repaso Lógica Cableada Básica Intenta hacer el control del Vaivén de la máquina. Utilizar Marcha, Paro, Sensores y Lámparas indicar sentido de giro. Nunca debemos dejar que los dos sentidos de giro se activen a la vez. Realizar: Ecuaciones lógicas y Esquema normalizado a mano y Simulación en CadeSimu. Iván MC y ARV Sensores Discretos 65 Repaso Lógica Cableada Básica Ejemplo Control de un Ventilador En una habitación se instalan dos sensores de exceso de temperatura discretos (on / off) B1 y B2, un interruptor de emergencia (S0 NC) y un pulsador de reset (S1 NA). El ventilador debe poderse en marcha si uno de los sensores se activa. Permaneciendo en este estado hasta que se desactivan los dos sensores. Una vez te funcione, intenta añadir la función de emergencia. Si se activa el interruptor de emergencia (S3) el ventilador para hasta que se desactive ésta y se pulse Reset (S4). Momento en el que el sistema está listo para funcionar con normalidad. Buscar información de los PLCs que se indican a continuación y explicar cómo alimentarlo, como conectarías un sensor PNP y uno NPN y un relé a su primera salida. Imagina también, que tienes que sustituir un sensor PNP conectado al PLC por otro y solo te quedan sensores NPN. ¿Cómo podríamos solucionar este problema? PLC: S7 1215 DC/DC/DC, CP1L-EM30DT, NX1P2-1040DT1 Iván MC y ARV Sensores Discretos 66  Sensores Magnéticos Reed Efecto Hall 2.8 Sensores Magnéticos Suelen ser sensores que no todos los fabricantes de sensores disponen, pero si las grandes marcas generalistas. También existen fabricantes especializados, que normalmente trabajan con sensores magnéticos de contactos Reed (binario) y Efecto Hall (analógico). En cuanto a la especialización, existen principalmente 3 marcas: Elobau, Iván MC y ARVSchmersal y Bernstein. Sensores Discretos 67 2.8.1 Principio de Funcionamiento Funcionamiento: Un sensor magnético (o magnetic switch) detectan variaciones producidas por campos magnéticos, ya sean provocados por imanes o por corrientes eléctricas. Contacto Reed Disponen de elementos sensores como contactos Reed o de efecto Hall. Función Permiten detección de presencia/posición a través de imanes a largas distancias. Efecto Hall Iván MC y ARV Sensores Discretos 68 2.8.2 Sensores Magnéticos Tipos y variantes: Existen 2 grandes familias de sensores magnéticos basados en su principio de funcionamiento: Contacto Reed Efecto Hall Salida ON/OFF Salida Analógica Proporcional Iván MC y ARV Sensores Discretos 69 2.8.3 Sensores Magnéticos Contacto Reed: Actúan por aproximación de un imán y dan una señal libre de potencial (todo/nada): Vertical Horizontal Rotativo Iván MC y ARV Sensores Discretos 70 2.8.3 Sensores Magnéticos Tipos y variantes: Existen 2 familias de cortinas magnéticos Reed, los estándar y los de seguridad: Estándar De Seguridad Iván MC y ARV Sensores Discretos 71 2.8.4 Sensores Magnéticos Efecto Hall: Actúan por aproximación de un imán y dan una señal analógica: shielding magnet Hall-Chip PCB Iván MC y ARV Sensores Discretos 72 2.8.5 Ventajas e Inconvenientes (Sensores Magnéticos) Las ventajas e inconvenientes de los sensores Magnéticos son las siguientes: Ventajas Inconvenientes No requiere alimentación para El alcance varía en función funcionar. tamaño y potencia del imán. Buen rango de temperatura Distancias de detección cortas (-40ºC a 125ºC). (hasta 50 – 60mm). Soporta ambientes hostiles. Son económicos. No se pueden manejar grandes Resiste las vibraciones. tensiones/corrientes. Larga vida útil. Pueden llegar a desmagnetizarse Los imanes se pueden codificar los contactos. (seguridad) Iván MC y ARV Sensores Discretos 73 2.8.6 Aplicaciones (Magnéticos) Los sensores magnéticos se usan en: Sector de elevadores, ascensores, montacargas... Maquinaria agrícola, aeronaval, etc... Detección de nivel en depósitos. Protección y seguridad en áreas peligrosas o restringidas. Iván MC y ARV https://www.youtube.com/watch?v=W5kddrGTrLc Sensores Discretos 74  2.8.7 Ficha técnica (Magnéticos Reed) Las características técnicas más importantes de los sensores magnéticos son: Métrica de la rosca Tipos de contactos (NA/NC…) Corriente/Tensión máxima de conmutación… Alcance según diferentes imanes. Iván MC y ARV Sensores Discretos 75 2.10.2 Principio de Funcionamiento (Ultrasonidos) Funcionamiento: Son sensores que detectan la presencia o distancia de cualquier tipo de objeto o material en el que reboten las ondas de ultrasonido. El sensor emite un sonido de alta frecuencia (ultrasonido) que no es audible por el ser humano y mide el tiempo que la señal tarda en regresar desde que rebota en el objeto (TOF). Existen 2 tipos: Símbolo Salida Digital (presencia) Salida Analógica (distancia) Función Permiten detectar variaciones de distancia en grandes rangos y con precisión media. Iván MC y ARV Sensores Discretos 76  2.10.2 Ultrasonidos Tipos y variantes: Existen 2 grandes familias de sensores de ultrasonidos según el tipo de salida que ofrezcan: Sirven para detectar presencia/ausencia de Salida Digital objetos difíciles de detectar por los sensores ópticos (transparentes, polvo…) Salida Analógica Sirven para medir distancias en valores continuos. Suelen tener salidas 0-10V o 4-20mA. Iván MC y ARV https://www.youtube.com/watch?v=AyE_ChkvvhY Sensores Discretos 77 2.10.3 Principio de Funcionamiento (Radar) Funcionamiento: Los sensores Radar funcionan como uno de ultrasonidos, pero con microondas GHz (más rápida que ultrasonidos). Tienen la ventaja respecto al ultrasónico de que las microondas no se ven afectadas por el medio de propagación. https://www.youtube.com/@VEGA_Level_Pressure Función Permiten detectar variaciones de distancia en grandes rangos y con precisión media sin que les influya el medio de transmisión (Presión, Tª, Aire, espuma, condensación…). Iván MC y ARV https://www.youtube.com/watch?v=U3XKikt434c Sensores Discretos 78  2.10.3 Radar Tipos y variantes: Existen 2 grandes familias de sensores radar según la salida de su onda electromagnética: Los sistemas de radar de espacio libre se montan Espacio Libre directamente en la parte superior del tanque. Los sistemas de baja y media frecuencia, por lo general, transmiten una señal de pulso y miden la distancia al líquido por medio del retardo de tiempo del pulso que retorna. Onda Guiada Los sistemas de Onda Guiada utilizan una barra conductora de onda que va dentro del líquido, muchas veces en un tubo tranquilizador adosado al tanque de proceso principal. Estos sistemas operan con bajas frecuencias de microondas y no les afecta la turbulencia, espuma en la superficie son capaces de medir distancia entre dos densidades diferentes... Iván MC y ARV https://www.youtube.com/watch?v=WyhmgPxKVzA Sensores Discretos 79  Sensores de Desplazamiento Lineal y Rotativo Según la tecnología Según el principio de empleada funcionamiento Resistivos Lineales Magnéticos Rotativos 2.11 Sensores de Ópticos Desplazamiento Lineal y Rotativo Suelen ser sensores que todos los fabricantes disponen de una gama estándar, pero si se necesitan para aplicaciones más específicas, hay que recurrir a marcas especializadas. Los fabricantes especializados más destacados son: Wachendorff, Kübler, Fraba, Hengstler (Alemania) Hohner (España) Iván MC y ARV Sensores Discretos 80 2.11.1 Principio de Funcionamiento (Sensores Lineales y Rotativos) Funcionamiento: Un sensor de posición angular y/o rotativa traduce la posición mecánica angular a una señal eléctrica. Con la señal de salida se permite controlar aspectos como la dirección del movimiento, posición, radio de giro, velocidad... Existen 2 tipos de clasificaciones: Símbolo Lineales Resistivos Rotativos Magnéticos Ópticos Función Permiten detectar variaciones de desplazamiento y rotación en grandes velocidades/distancias y con mucha precisión. Iván MC y ARV Sensores Discretos 81  De Cable 2.11.2 Sensores de posición Lineal Funcionamiento: Los sensores de desplazamiento lineal son dispositivos que permiten controlar la posición de un elemento móvil a lo largo de un eje, o medir separaciones/distancias entre puntos en sistemas mecánicos de propósitos diversos. Rueda de La longitud máxima de medición está limitada, ya que se deben Medida unir mecánicamente ambos extremos del elemento o longitud a medir. Lineal Tipos y variantes: Magnético Existen muchas variantes según la forma mecánica, Lineal Óptico la tecnología empleada o su forma de montaje. Entre los más comunes: De Cable (Encómetro) Lineal óptico Elevadores Rueda de Medida Especial Elevadores Lineal Magnético Iván MC y ARV https://www.youtube.com/watch?v=5iXU_j2SzeU Sensores Discretos 82 2.11.3 Sensores de posición Rotativo Resistivos (Potenciómetros) Funcionamiento: Los sensores de desplazamiento rotativo o Encoders, suele ser un dispositivo electromecánico usado para convertir la posición angular de un eje a un código digital. Estos encoders se diferencian de los lineales, porque miden directamente el Magnéticos desplazamiento angular, utilizando acoples mecánicos en los ejes de poleas o motores. Inductivos (Incoder) Tipos y variantes: Existen muchas variantes según la forma mecánica, la tecnología empleada o su forma de montaje. Ópticos Entre los más comunes: Resistivos (Potenciómetros) Magnéticos (Resolver) Inductivos (Incoders) Ópticos Iván MC y ARV https://www.youtube.com/watch?v=-Qk--Sjgq78 Sensores Discretos 83 2.11.4 Encoders Resistivos (Potenciómetros) Funcionamiento: Los potenciómetros, son elementos con una resistencia cuyo valor en ohmios varía y puede ajustarse de manera manual. La resistencia máxima del potenciómetro, que se expresa en ohmios, determina el valor del dispositivo. Si tenemos un potenciómetro de 50.000 (50k) ohmios, significa que va de 0 a 50.000 ohmios. Características: Algunas de sus principales características son: Muy económicos Muy utilizados en electrónica Baja precisión y RPM Señal de salida resistiva (Ω) Muy utilizados para medición de ángulos Iván MC y ARV Sensores Discretos 84 2.11.5 Encoders Magnéticos Efecto Hall Funcionamiento: Los encoders magnéticos basan su principio de funcionamiento en la generación y variación de campos magnéticos. En base a la variación del campo magnético, se puede determinar la posición del eje a medir. Algunos modelos se caracterizan por funcionar sin rozamiento ni contacto entre el sensor y el objeto. Tipos y variantes: Existen muchas variantes según la tecnología magnética empleada: Bandas Magnéticas Efecto Hall Resolver Bandas Magnéticas Bobinados (Resolver) Iván MC y ARV Sensores Discretos 85 2.11.6 Encoders Ópticos Funcionamiento: Los sensores ópticos de posición, también llamados encoders, son los sensores de posición más comunes. El principio de funcionamiento es: un haz de luz brilla a través de una rejilla, y la luz resultante se mide utilizando un fotodetector (fototransistor) y se genera una señal de posición. Tipos y variantes: Existen básicamente 2 variantes según el principio de funcionamiento: Encoders Incrementales Encoders Absolutos Iván MC y ARV https://www.youtube.com/watch?v=-Qk--Sjgq78 Sensores Discretos 86 2.11.6 Encoders Ópticos (Incrementales) Funcionamiento: Los encoders incrementales, se caracterizan por tener una señal de pulsos. Dependiendo del número de canales se puede controlar la posición del eje, la velocidad y dirección de rotación y el número de vueltas. Su principal característica es que ofrecen un valor relativo, por tanto es necesario hacer un referenciado de posición en caso de perder la alimentación. Tipos y variantes: Existen básicamente 4 variantes según el número de canales: 1 Canal (A) 2 Canales (A-B) 3 Canales (A-B-Z) 6 Canales (A-B-Z y negados) Iván MC y ARV Sensores Discretos 87 2.11.6 Encoders Ópticos (Absolutos) Funcionamiento: Los encoders absolutos, se caracterizan por tener una señal en código binario (protocolo comunicación). Con éstos se puede controlar la posición del eje, la velocidad y dirección de rotación y el número de vueltas. Su principal característica es que ofrecen un valor absoluto, por tanto NO es necesario hacer un referenciado de posición en caso de perder la alimentación. Tipos y variantes: Existen varias formas de clasificación según diferentes criterios: Monovuelta Protocolos Multivuelta Resolución en bits Tipo de protocolo Iván MC y ARV https://www.youtube.com/watch?v=yOmYCh_i_JI&t=17s Sensores Discretos 88 2.11.7 Encoders (Elementos mecánicos) Tipos y variantes: Según la aplicación, los encoders pueden tener diferentes formas de montaje o instalación. Eje saliente Eje hueco Eje pasante Acoplamientos Iván MC y ARV Sensores Discretos 89 Sensores Discretos Tipos de sensores, aplicaciones, conexión y Repaso Lógica Cableada.